мини|220px|Слика бомбе из Блечли парка током рата

Бомба () била је електромеханички уређај који су користили британски криптолози као помоћ у дешифровању тајних порука шифрованих немачком машином Енигма током Другог светског рата. Британска бомба је развијена на основу пољске бомбе, коју је у Шифарском бироу дизајнирао криптолог Маријан Рејевски, који је дешифровао немачке поруке са Енигме током претходних седам година, користећи њу и раније машине.

Почетни дизајн британске бомбе направљен је 1939. године у Владиној школи за кодове и шифре (GC&CS) у Блечли парку од стране Алана Тјуринга, уз важно побољшање које је 1940. године осмислио Гордон Велчман. Инжењерски дизајн и конструкција били су дело Харолда Кина из Британске компаније за табуларне машине (БТМ). Прва бомба, под кодним именом Победа (Victory), инсталирана је марта 1940. године, док је друга верзија, Agnus Dei или Агнес, која је укључивала Велчманов нови дизајн, прорадила до августа 1940. године. Америчка морнарица и Америчка војска касније су произвеле сопствене машине према истим функционалним спецификацијама, иако су инжењерски биле другачије конструисане и једна од друге, и од пољских и британских бомби.

Бомба је дизајнирана да открије нека од дневних подешавања Енигма машина на различитим немачким војним телекомуникационим мрежама: конкретно, скуп ротора у употреби и њихове позиције у машини; почетне позиције језгра ротора за поруку — кључ поруке — и једно од ожичења на разводној табли.

Машина Енигма

лево|мини|Енигма са три ротора и разводном таблом (Steckerbrett) мини|лево|Приказ серије од три ротора из машине Енигма Енигма је електромеханичка роторска машина која се користила за шифровање и дешифровање тајних порука. Развијена је у Немачкој 1920-их година. Поновљене промене електричне путање од тастатуре до лампица имплементирају полиалфабетску замену, која претвара отворени текст у шифрат и обрнуто. Шифратор Енигме садржи роторе са 26 електричних контаката са сваке стране, чије ожичење преусмерава струју на различите позиције са две стране. Када се притисне тастер на тастатури, електрична струја тече кроз улазни ваљак на десном крају шифратора, затим кроз скуп ротора до рефлектујућег ваљка (или рефлектора) који је враћа назад кроз роторе и улазни ваљак, и излази како би осветлила једну од лампица на табли.

При сваком притиску тастера, десни или „брзи” ротор помера се за једну позицију, што доводи до промене шифровања. Поред тога, једном током пуне ротације, десни ротор изазива померање средњег ротора; средњи ротор слично томе изазива померање левог (или „спорог”) ротора. Позиција сваког ротора је назначена словом абецеде које се види кроз прозорчић. Оператер Енигме ручно ротира точкове како би поставио почетну позицију за шифровање или дешифровање поруке. Секвенца од три слова која означава почетну позицију ротора представља „кључ поруке”. Постоји 263 = 17.576 различитих кључева поруке и различитих позиција скупа од три ротора. Отварањем поклопца машине и отпуштањем полуге за притисак, скуп од три ротора на њиховој осовини може се уклонити из машине и њихов редослед (који се у Блечли парку називао „редослед точкова”) се може изменити. Множење 17.576 са шест могућих редоследа точкова даје 105.456 различитих начина на које шифратор може бити подешен.

десно|мини|Разводна табла машине Енигма, која приказује два пара замењених слова: S–O и A–J. Током Другог светског рата, прављено је десет веза на разводној табли.

Иако је 105.456 велики број, наводи да су ране Енигме користиле 3 ротора у машини, али да је било доступно 5 ротора. То би произвело око милион могућих почетних позиција. Уместо 26 позиција, рана морнаричка Енигма је имала 29 јер је укључивала 3 карактера са умлаутима. он не гарантује сигурност. Напад грубом силом је могућ: може се замислити коришћење 100 службеника за шифровање од којих би сваки покушао да дешифрује поруку користећи 1.000 различитих подешавања ротора. Пољаци су развили картотеке како би лако пронашли позиције ротора; Британија је изградила каталоге „EINS” (немачка реч за један). Мање интензивне методе су такође биле могуће. Ако је сав саобраћај порука за један дан користио исту почетну позицију ротора, онда би фреквенцијска анализа за сваку позицију могла реконструисати полиалфабетске замене. Ако су се користиле различите почетне позиције ротора, онда би се делови поруке који се преклапају могли пронаћи помоћу индекса коинциденције. описује немачку забринутост због напада суперпозицијом. Многе велике силе (укључујући Немце) могле су да пробију саобраћај Енигме ако су знале ожичење ротора. Немачка војска је знала да је Енигма слаба., наводи: „Конкретно, прихватила је непријатне закључке студије поручника Хена Лукана, другог радио официра на бојном броду Елзас, да ни у погледу физичке ни криптолошке безбедности Енигма не испуњава модерне захтеве.”

Године 1930. немачка војска је увела додатну безбедносну функцију, разводну таблу (Steckerbrett на немачком; сваки прикључак је Stecker, а британски криптолози су такође користили ову реч), која је додатно мешала слова, како пре тако и после проласка кроз систем ротора и рефлектора. Шифровање Енигме је самоинверзна функција, што значи да реципрочно замењује слова: ако се A трансформише у R, онда се R трансформише у A. Трансформација на разводној табли задржавала је квалитет самоинверзности, али ожичење разводне табле, за разлику од позиција ротора, не мења се током шифровања. Ову правилност искористило је Велчманово побољшање бомбе са „дијагоналном таблом”, које је знатно повећало њену ефикасност. Са шест повезаних каблова у употреби (остављајући 14 слова „неприкључених”), постојало је 100.391.791.500 могућих начина за подешавање разводне табле.

Важна карактеристика машине из угла криптоаналитичара, и заиста Енигмина Ахилова пета, била је та што је рефлектор у шифратору спречавао да се слово шифрује у само себе. Свако потенцијално решење које би, за било коју позицију, дало исто слово у предложеном отвореном тексту и шифрату, могло би стога бити елиминисано.

У периоду пред Други светски рат, Немци су направили узастопна побољшања на својим војним машинама Енигма. До јануара 1939. уведени су додатни ротори тако да су се бирала три ротора из сета од пет (чиме је сада било 60 могућих редоследа точкова) за војне и ваздухопловне Енигме, и три од осам (чинећи 336 могућих редоследа точкова) за морнаричке машине. Поред тога, десет каблова је коришћено на разводној табли, остављајући само шест слова неприкључених. То је значило да су се војне и ваздухопловне Енигме могле подесити на 1,5×1019 начина. Године 1941. немачка морнарица је увела верзију Енигме са ротирајућим рефлектором (М4 или Енигма са четири ротора) за комуникацију са својим подморницама. Ова машина је могла бити подешена на 1,8×1020 различитих начина.

Енигма са четири ротора Крајем 1941. године промена ратне среће немачке морнарице у Бици за Атлантик, у комбинацији са обавештајним извештајима, уверила је адмирала Карла Деница да су Савезници у могућности да читају кодиране комуникације немачке морнарице, па је додат четврти ротор са непознатим ожичењем немачким морнаричким Енигмама које су се користиле за комуникацију са подморницама, стварајући систем Тритон, познат у Блечли парку као Ајкула (Shark). То је било упарено са тањим дизајном рефлектора како би се направило место за додатни ротор. Тритон је дизајниран тако да остане компатибилан са машинама са три ротора када је то потребно: један од додатних 'четвртих' ротора, 'бета', дизајниран је тако да када се упари са танким 'Б' рефлектором, а ротор и прстен се поставе на 'А', пар делује као 'Б' рефлектор упарен са три ротора. Срећом по Савезнике, у децембру 1941. године, пре него што је машина званично пуштена у рад, једна подморница је случајно послала поруку са четвртим ротором у погрешној позицији, а затим је поново емитовала поруку са ротором у правилној позицији како би емулирала машину са три ротора. У фебруару 1942. промена броја коришћених ротора постала је званична, а способност Савезника да читају поруке немачких подморница је престала све док заплена са заробљене подморнице није открила не само способност машине са четири ротора да емулира машину са три ротора, већ и чињеницу да се четврти ротор није померао током поруке. То, заједно са горе поменутим поновним слањем, на крају је омогућило разбијачима кодова да схвате ожичење и 'бета' и 'гама' четвртог ротора.

Прва половина 1942. године била је „Друго срећно време” за немачке подморнице, са обновљеним успехом у нападима на савезничке бродове, пошто су САД тек ушле у рат неприпремљене за напад, без авиона, бродова, особља, доктрине и организације за противподморничко ратовање (ASW). Такође, безбедност нове Енигме и способност Немаца да читају савезничке поруке конвоја послате у Поморској шифри бр. 3 допринели су њиховом успеху. Између јануара и марта 1942. године, немачке подморнице потопиле су 216 бродова код источне обале САД. У мају 1942. САД су почеле да користе систем конвоја и захтевају замрачење приобалних градова како бродови не би били оцртавани против њихових светала, али је то донело само незнатно побољшану безбедност за савезничко бродарство. Неуспех Савезника да промене своју шифру три месеца, заједно са чињеницом да савезничке поруке никада нису садржавале никакве сирове дешифроване поруке Енигме (нити су чак помињале да дешифрују поруке), помогли су да се Немци увере да су њихове поруке безбедне. Насупрот томе, Савезници су сазнали да су Немци готово одмах пробили поморску шифру из дешифрованих порука Енигме, али су изгубили много бродова због кашњења у промени шифре.

Принцип рада бомбе мини|лево|Немачка листа кључева Енигме са подешавањима машине за сваки дан једног месеца мини|upright=1.4|Радна реконструисана бомба која се сада налази у Националном музеју рачунарства у Блечли парку. Сваки од ротирајућих бубњева симулира рад ротора Енигме. Постоји 36 Енигма-еквивалената и, на десном крају средњег реда, три индикаторска бубња. Џон Харпер је водио тим „Феникс” који је реконструисао ову бомбу. Званично ју је пустио у рад војвода од Кента, покровитељ Британског рачунарског друштва, 17. јула 2008. године.

Да би се дешифровале немачке војне поруке Енигме, морала су се открити следећа подешавања машине Енигма. Када се ова подешавања сазнају, све поруке за ту мрежу за тај дан (или пар дана у случају немачке морнарице) могле су бити дешифроване.

Унутрашња подешавања (која су захтевала отварање поклопца машине Енигма) Избор ротора који се користе у шифратору Енигме, и њихове позиције на осовини (Walzenlage или „редослед ротора”). Могући редоследи ротора износили су 60 (три ротора из избора од пет) за мреже војске и ваздухопловства и 336 (три ротора из избора од осам) за морнаричке мреже. Позиције преклопног зареза алфабетских прстенова у односу на језгро сваког коришћеног ротора (Ringstellung или „подешавања прстена”). Постоји 26 могућих подешавања прстена за сваки ротор.Позиција преклопног зареза одређује на којој позицији пуне ротације једног ротора наредни ротор напредује за један корак

Спољна подешавања (која су се могла променити без отварања машине Енигма) Везе на разводној табли (Steckerverbindungen или „прикључци”). Десет каблова се могло распоредити у различитих комбинација (приближно 151 билион). Позиције ротора шифратора на почетку шифровања кључа поруке (Grundstellung или „основна позиција”) — до маја 1940; или након тога почетне позиције сваког ротора на почетку шифровања поруке („кључ поруке”) из којих се могла извести основна позиција. Постоји 17.576 могућих кључева од три слова. Бомба је идентификовала могуће почетне позиције језгара ротора и штекер (прикључног) партнера наведеног слова за скуп редоследа точкова. Мануелне технике су се затим користиле за довршетак процеса дешифровања. По речима Гордона Велчмана, „задатак бомбе био је једноставно да смањи претпоставке о редоследу точкова (ротора) и позицијама шифратора које су захтевале 'даљу анализу' на подношљив број”.

Структура