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Fogli chiave e procedure
Mittente e destinatario devono impostare la macchina nello stesso modo, ma le impostazioni non possono viaggiare in chiaro insieme al messaggio. Le forze armate tedesche separarono le impostazioni in due livelli: una chiave del giorno, uguale per tutta una rete e distribuita in anticipo su carta, e una chiave del messaggio, diversa per ogni messaggio e trasmessa in forma cifrata.
Obiettivi
- Leggere una riga di un foglio chiave e dire quale impostazione della macchina indica ciascuna colonna.
- Ricavare la chiave del messaggio da un indicatore con la procedura descritta nel 1944.
- Spiegare perché la chiave del messaggio cifrata due volte indeboliva il sistema.
Il foglio chiave
La chiave del giorno arrivava agli operatori su un foglio chiave mensile. Un rapporto del 1944 dell’esercito statunitense, scritto per addestrare il personale che lavorava sulle Bombe, descrive il contenuto del foglio: per ogni giorno, quali tre dei cinque rotori montare e in che ordine (Walzenlage), la posizione degli anelli (Ringstellung), numerati da 01 a 26, e le coppie di lettere da collegare sul pannello a spine (Steckerverbindungen). Il foglio si leggeva dal basso verso l’alto: l’operatore tagliava e distruggeva la riga di ogni giorno passato, così un foglio catturato non permetteva di leggere i messaggi dei giorni precedenti.
Su un foglio originale della Luftwaffe, il Luftwaffen-Maschinenschlüssel n. 619, ogni riga riporta il numero del foglio, il giorno — dal 31 in alto all’1 in basso —, l’ordine dei rotori, i tre anelli, dieci coppie di lettere per il pannello e quattro gruppi di tre lettere, le Kenngruppen. In testa al foglio si legge:
Geheime Kommandosache! Jeder einzelne Tagesschlüssel ist geheim. Mitnahme im Flugzeug verboten!
cioè «Documento segreto di comando! Ogni singola chiave del giorno è segreta. Vietato portarlo in volo». Più sotto il foglio avverte che il materiale delle chiavi non deve cadere intatto in mano al nemico, e in caso di pericolo va distrutto completamente e per tempo.
I fogli della Luftwaffe erano sempre di 31 giorni, qualunque fosse la lunghezza del mese: gli operatori ignoravano i giorni in più o li usavano per i messaggi d’emergenza. Dal gennaio 1944, con l’introduzione del riflettore D ricablabile, gli stessi fogli riportarono anche le coppie da collegare sul riflettore, in una colonna intitolata an der Umkehrwalze, «sul riflettore».
I gruppi di riconoscimento
Le Kenngruppen permettevano a chi riceveva un messaggio di capire a quale rete e a quale chiave appartenesse; non entravano nella cifratura. La marina aveva procedure più complicate e un libro apposito, il Kenngruppenbuch (nella versione del 1941 un volume di 120 pagine), da cui l’operatore sceglieva due gruppi di tre lettere per costruire l’indicatore, che poi trasformava con tabelle di bigrammi diverse ogni giorno: nella marina, quindi, i gruppi del libro entravano nell’indicatore.
La chiave del messaggio
Se tutti i messaggi di un giorno fossero stati cifrati partendo dalla stessa posizione dei rotori, un avversario si sarebbe trovato decine di testi cifrati con la stessa sequenza di sostituzioni, e confrontarli sarebbe stato molto più facile. Per questo, prima di ogni messaggio, l’operatore sceglieva tre lettere, la chiave del messaggio, portava i rotori su quella posizione e solo allora cifrava il testo. Il destinatario doveva conoscere la chiave del messaggio, e l’operatore la trasmetteva cifrata all’inizio del messaggio, in un gruppo di lettere chiamato indicatore.
La cifratura dell’indicatore cambiò più volte.
- Fino al 15 settembre 1938 la posizione di partenza per cifrare la chiave del messaggio, la Grundstellung, era scritta sul foglio chiave ed era la stessa per tutti. L’operatore cifrava la chiave del messaggio due volte di seguito, per proteggersi dagli errori di trasmissione: sei lettere che aprivano il messaggio.
- Da quella data la Grundstellung non fu più comune a tutti: la sceglieva l’operatore, che la trasmetteva in chiaro, ma la chiave del messaggio restava cifrata due volte. La rete del servizio di sicurezza delle SS, il Sicherheitsdienst, passò alla nuova procedura solo il 1° luglio 1939.
- Il 1° maggio 1940, pochi giorni prima dell’offensiva in Francia, l’esercito e l’aviazione abbandonarono la doppia cifratura; la marina l’aveva già abbandonata il 1° maggio 1937. Welchman, che lavorava su quei messaggi a Bletchley Park, scrive di non sapere se i tedeschi avessero capito che la ripetizione indeboliva il sistema.
Il rapporto statunitense del 1944 descrive la procedura che ne seguì. In testa al messaggio c’è un gruppo di sei lettere, per esempio OMP QTZ. Le prime tre lettere, OMP, sono una posizione di partenza scelta dall’operatore, perché sul foglio chiave non ce n’è più una, e viaggiano in chiaro. Con i rotori in posizione OMP, battendo QTZ si accendono le tre lettere della chiave del messaggio. Il destinatario porta i rotori sulla chiave del messaggio e decifra il resto, che viaggia in gruppi di cinque lettere.
Perché la doppia cifratura era un errore· approfondimento
Ripetere la chiave del messaggio sembrava una precauzione innocua: se un disturbo radio rovinava una lettera, la copia permetteva di correggerla. Ma così la prima e la quarta lettera dell’indicatore erano sempre la cifratura della stessa lettera, a tre posizioni di distanza; lo stesso per la seconda e la quinta, la terza e la sesta. Con abbastanza messaggi dello stesso giorno, le coppie formate dalla prima e dalla quarta lettera bastavano a scrivere per intero una permutazione dell’alfabeto, senza sapere nulla del testo dei messaggi, e lo stesso valeva per le altre due coppie di posizioni. Dalla fine del 1932 Marian Rejewski, matematico del Biuro Szyfrów polacco, partì da queste tre permutazioni: la lezione La matematica di Enigma mostra perché le lunghezze dei loro cicli non dipendono dal pannello a spine, e la lezione Rejewski e la teoria dei cicli come Rejewski le usò.
Puoi provare entrambe le procedure. Nell’esercizio La procedura dell’indicatore la chiave del messaggio è cifrata due volte con la Grundstellung del giorno, come prima del 1938; nelle schede stampabili si usa la procedura descritta dal rapporto del 1944.
Riepilogo
- Una riga del foglio chiave indica per un giorno l’ordine dei rotori, le posizioni degli anelli, le coppie del pannello a spine e, sui fogli della Luftwaffe, i gruppi di riconoscimento; dal 1944 anche le coppie del riflettore D.
- Con la procedura del 1944 le prime tre lettere dell’indicatore sono la posizione di partenza, in chiaro; dalle tre lettere successive, battute con i rotori in quella posizione, si ricava la chiave del messaggio.
- Cifrata due volte, la chiave del messaggio legava fra loro la prima e la quarta lettera dell’indicatore, la seconda e la quinta, la terza e la sesta: con molti messaggi di un giorno, queste coppie davano tre permutazioni senza bisogno di conoscere il testo.
Fonti
- 6812th Signal Security Detachment, US Army, Decoding German Enigma Machine Messages (The US 6812 Bombe Report), 1944.
- Luftwaffe, Luftwaffen-Maschinenschlüssel Nr. 619, 1944.
- Paul Reuvers, Marc Simons, Crypto Museum — History of the Enigma.
- Paul Reuvers, Marc Simons, Crypto Museum — Umkehrwalze D.
- Paul Reuvers, Marc Simons, Crypto Museum — Enigma M4.
- Marian Rejewski, An Application of the Theory of Permutations in Breaking the Enigma Cipher, Applicationes Mathematicae 16 (4), 1980.
- Władysław Kozaczuk, Enigma. How the German Machine Cipher Was Broken, and How It Was Read by the Allies in World War Two, University Publications of America, 1984.
- Gordon Welchman, The Hut Six Story. Breaking the Enigma Codes, M&M Baldwin, 1998.
- Hugh Sebag-Montefiore, Enigma: The Battle for the Code, Weidenfeld & Nicolson, 2000.