破解:纳粹帝国的海军密码战

第二章　恩尼格玛推销员 （节选） 亚瑟·谢尔比乌斯（Arthur Scherbius）是来自法兰克福的电气设计师，也是20世纪早期的一名德国工程师，发明过电加热枕头这样的物品。他还发明过涡轮零件，想出新方法来制造能够透过瓷器装置加热的元件。他的公司获得了一些小规模的、影响有限的成功，尽管那种加热枕头并未真正打入德国和瑞士的床上用品市场。后来，他将心思转向发明在军界有商业应用潜力的物品。那是1918年，离德国输掉**次世界大战还差九个月。当年2月，40岁的谢尔比乌斯提交了一份密码机专利申请。他给这项发明命名为“恩尼格玛”，源于拉丁语词汇“谜”或“神秘事件”。 机器在运作时需要供电，让电流经过一系列插头，以及一个与若干转子相连的字母键盘。操作员键入需要加密的信息，经转子转动，持续改变有大量可能性的字母组合，然后逐字母地输出加密文本。加密信息能够以同样的流程被解密。这便是谢尔比乌斯的基本思路。 在他申请专利后不久，德国海军的情报机构新闻部就给他写了信，问他能否去新闻部的总部，向一组特别的军官展示他的新机器。这正是他一直在等待的时刻。海军情报部门正在急切地想要摆脱对编码簿这种系统的依赖，该系统陈旧，有瑕疵，在加密和解密工作方面造成了一种僵局，导致英国人占据了优势，为此海军情报部门极力寻找新的机械系统来取代它。谢尔比乌斯去了位于柏林的新闻部总部，那里有一群军官和文官在等待着他。这些人当中就有威廉·特拉诺。 谢尔比乌斯带去了一个原型机，称它为型号C。更早的**款样机和收银机一样大，约40磅重，而他带去新闻部的这个型号更小，长宽高分别是一英尺、六英寸和四又四分之三英寸，看上去就像一个装在木箱子里的、有两个键盘的笨重打字机。谢尔比乌斯用它进行了演示，同时解释了它的工作原理。他说，*重要的元件是一个由橡胶和金属制成的两面平坦的圆盘。在圆盘的一面有26个电流接触点，另外一面也有26个不同的接触点。后来的恩尼格玛机可以使用多达八个圆盘，但是谢尔比乌斯的原型机上只能插三个或四个。一系列电线会通过圆盘将字母随机联系起来。两个金属盘将这些圆盘夹在中间，其中一个金属盘接收来自打字员键盘的电流，另一个金属盘将电流传送到一个显示面板上，这个面板上有26个覆盖着玻璃的小孔，每个小孔显示着字母表中的一个字母。圆盘叫作“转子”，是这种密码机的运行基础。转子被一根轴穿起来，让转子两面的电流接触点将键盘和显示面板连接起来。键盘上的一个字母被按下时，面板上会亮起一个不同的字母。面板上显示哪个字母，则取决于转子内部的线路，以及转子在轴上转动的位置。因此，在初始位置上时，转子实现了简易单字母替换的功能。如果键盘上的字母“B”被按下，转子上的线路就会将它与线路配置人决定的那个字母相连。 假设字母“B”与显示面板上的“Y”相连，那么如果键盘上首次按下的字母是“B”，显示面板上的“Y”就会亮起。然而，在每次输入和显示过后，转子会在轴上转动一圈的1/26，提供一组完全不同的组合。如果此时再按下“B”，那么显示面板上与之相连的就不再是“Y”，而是另外一个字母，这个字母会在显示面板上亮起。接下来，转子还会再次向前转动，再次更换字母组合。一个转子可以让机器排列26个字母的组合，它能够以26种不同的方式加密字母表，然后才回到初始位置。但是，如果再加一个转子，可能存在的组合数量就成为26×26，即676个，因为键盘上按下的**个字母通过的是**个转子，第二个字母通过的是第二个转子，第三个字母通过的又是**个转子，每个转子都会在每个字母输入后转动一次。字母组合的数量永远是26按照转子的数量乘方。在添加了第三个转子时，这个数字是17576，添加第四个转子时，则是456976。在每天早晨或每次加密任务开始时，操作员能够选择每个转子的配置，进而确定转子上每个字母的起始位置。 恩尼格玛密码机有一项让它不同于其他转子设备的专利功能，这种功能让信息接收者能够十分轻松地解密信息，只要他们知道加密时的转子配置。除转子以外，恩尼格玛密码机还有一个叫作反射器的圆盘，它可以将电流按照同样的转子配置导回，将字母双向配对起来。如果按照特定的转子配置，字母“A”被加密成“K”，那么“K”就可以被解密为“A”，这意味着接收信息的操作员只需输入密文，就能够在显示面板上阅读明文了。很重要的一点是，明文中没有哪个字母可以被它自身加密，例如字母“A”在密文中绝不会是“A”。这在后来将被证明是一个起决定性作用的缺点。 “密钥的变化很多，”谢尔比乌斯写道，“在不知道密钥的情况下，就算拥有明文和密文，拥有密码机，也无法算出密钥，因为要尝试60亿或100万亿种转子起始位置是不可能的。”1 海军情报机构的军官宣布，他们认为这种机器即使被敌人缴获，也能拥有良好的安全性。但是，它过于复杂，过于笨重，而且也太贵。谢尔比乌斯为每台机器要价4000至5000德国马克，这严重超出了新闻部的可怜预算。他们知道，如果他们为自己的部门购买恩尼格玛密码机，那么整个德国海军就需要照做。战争进展到这个地步，为整个舰队配备复杂的新加密通信方式太迟了。其中一名军官说，为什么不去问问外交部？他们或许会想买来为外交通信加密。所以，谢尔比乌斯想办法与外交部进行了一次会面，但他们拒绝了他。战争几乎已经失败，而他们没有时间，也没有预算。他们满足于依赖编码簿和电报，即使齐默尔曼电报被破解，导致美国在前一年加入了战争。这特别清楚地说明了德国各政府部门对不安全通信方式的依赖。 于是，亚瑟·谢尔比乌斯创建了自己的公司—密码机器股份公司（Chiffriermaschinen Aktiengesellschaft），生产恩尼格玛密码机。他决定向德国的邻国瑞士和波兰推销这种机器。