Skip to content

Cipher Machines II - Enigma M4 Kriegsmarine Mystery Cache

This cache has been archived.

Ci-nel: Končíme. Těm, kdo alespoň zkusili luštit vřelé díky za logy a návštěvu.

More
Hidden : 6/30/2015
Difficulty:
5 out of 5
Terrain:
3.5 out of 5

Size: Size:   regular (regular)

Join now to view geocache location details. It's free!

Watch

How Geocaching Works

Please note Use of geocaching.com services is subject to the terms and conditions in our disclaimer.

Geocache Description:

Tuto miniserii keší o šifrovacích mašinách vytvářím nejen proto, že mně tato problematika zajímá, ale také pro vaše poučení a zábavu. Seznámíme se s několika druhy šifrovacích strojů, ale hlavně se způsobem kodování a dekodování jejich zpráv.

O stroji Enigma a jeho způsobu práce existuje mnoho stránek, převážně v angličtině. Již méně odkazů ale najdete na samotný způsob šifrování tak, aby odpovídal historickým souvislostem. Proto sem umistuji jen stručnou historii, která volně navazuje na povídání v keši Cipher Machines - Enigma M3 Wehrmacht. Více se budeme věnovat samotnému šifrování.

Stručná historie

Logo EnigmaV roce 1934 námořnictvo (Navy) následovalo armádu se zavedením M1. Stroj byl plně kompatibilní s Enigma I. Přesto zde byly některé (malé) výrobní rozdíly. Například kola měla písmena (AZ), na jejich obvodu, nikoli čísla (01-26) a stroje měli zásuvku 4V, vhodnou pro použití na palubě lodi nebo ponorky. M1 bylo postaveno asi 611 kusů. M1 následovalo v roce 1938 M2, postaveno bylo 890 kusů. A konečně, v roce 1940 byly nahrazeny M3. Postaveno bylo cca. 800 kusů. Všechny tři stroje, M1, M2 a M3, měly stejné interní označení. Budeme tedy používat název M3 k označení těchto strojů.

ENIGMA M4 – KRIEGSMARINE

V prosinci 1938 armáda přidala 2 rotory do sady, takže bylo možno vybírat celkem z 5. Během roku 1938 námořnictvo přidalo do sady další 3 rotory a další v roce 1939. Na výběr tedy námořnictvo mělo celkem 8 rotorů. V srpnu 1935 začalo Enigmu používat také letectvo. 1. února 1942 byla do námořnictva zavedena nová verze se 4 rotory, jež byla nasazena na ponorkách. Tato verze byla označována jako M4. .

Enigma M4 (Wikipedie)M4 je ve skutečnosti upravený stroj 3-kolový. Šířka UKW byla snížena na polovinu a zbývající prostor zabírá 4. kolo, které má odpružené kontakty na obou stranách. Vzhledem k tomu, je tenčí než ostatní kola, to je někdy nazýván tenké kolo. To je také označován jako Griechenwalze (Řecké kolo), protože bylo identifikováno řeckým písmenem Beta nebo Gama. Oficiální název pro 4. kolo bylo Zusatswalze (další kolo).

Toto kolo se nepohybuje při šifrování a nemůže být zaměněno s ostatními třemi koly. Je-li navíc kolo umístěno v A-poloze, zařízení je kompatibilní s 3-kolovou Enigmou M1 a M3. Jsou známy dvě různé verze kola navíc : Beta a Gamma.

Z 8 kol dodávaných s Enigma M4, tři byla umístěna do zařízení vždycky, a to za současného nastavení klíče. Instrukce byly, že jedno ze 3 kol ve stroji muselo být další kolo (VI-VIII), a že zejména kolo navíc nemohlo být použito ve stejné poloze ve dvou po sobě jdoucích dnech.

Většina ponorek měla k dispozici dokonce dva Enigma stroje, aby se mohly vyrovnat s různými klíči kolem bodu přepnutí o půlnoci. Jedna Enigma by pak měla zůstat s nastavením z předchozího dne, zatímco druhá byla nakonfigurována s nastavením nového dne. Pokud se některá zpráva obdržela se zpožděním, mohla se rychle dešifrovat s oběma klíči.

Někdo se domnívá, že název Enigma M3 odkazuje na stroj s 3 koly a ze stejného důvodu se název M4 používá pro model se 4 koly. Nicméně toto není správné. Bylo to jen rozdíl v postupu práce s klíči při použití stroje, který šifroval.

Způsoby šifrování

Námořní Enigma zprávy používaly jiný způsob šifrování než Wehrmacht. Každá zpráva má vlastní denní klíč (výběr a nastavení rotoru, plugboard propojení a výchozí nastavení). Základní šifra byla určena pro německé ponorky a hladinové lodě v "domácích vodách“, Rotory 4 kolové Enigma M4 (Wikipedia)včetně Atlantiku.  Nejméně ještě 14 dalších námořních Enigma šifer bylo později použito ve válce.
Většina šifer měla obecné a důstojnické klíče. Důstojnické zprávy byly nejdříve zašifrovány pomocí plugboard připojení z měsíčního klíčového listu. Celá zpráva byla poté šifrována podruhé pomocí obecného klíče. Trvalo často týden nebo více, než se v Bletchley (Anglie) podařilo důstojnické zprávy prolomit.

1. května 1937 německé námořnictvo představila nový systém, substituční bigram (a tento způsob nás bude zajímat).

Námořní Enigma používala různé šifrovací sítě obvykle rozdělen geograficky. Lodím a ponorkám byly vydány obálky s přiřazenými šifrovacími nastaveními sítě, než se na vydaly hlídku. Každá šifra měla své vlastní každodenní základní nastavení, což znamená, že zprávy odeslané k šifře síti v Atlantiku se nepodařilo dekódovat přijímači ve Středomoří. Např.

  1. Hydra - ponorky v Severním moři, průlivu La Manche, Baltského moře a Arktidy.
  2. Triton - ponorky v Severním a jižním Atlantiku
  3. Medusa - ponorky ve Středozemním moři
  4. Poseidon - ponorky v Černém moři
  5. Tibet - ponorky v Indickém oceánu a dalších vzdálených vodách
    .........

Námořnictvo vydalo také knihu zkrácených signálů jako obranu proti frekvenční analýze (Kurzsignalheft). Ty byly využívány při posílání zpráv například o pozorování konvojů a krátkých zprávách o počasí.

Kriegsmarine Kenngruppen

Systém Kriegsmarine Kenngruppen byl úplně odlišný od Heer a Luftwaffe Kenngruppen systému. Kromě klíčových listů, Kriegsmarine používá také Kenngruppenbuch na svých hlavních šifrovacích sítích pro určení klíče zprávy. Kenngruppenbuch obsahoval následující části:

  • Zuteilungsliste, který řekl odesílateli, kterou tabulku by měl použít pro konkrétní šifrovací síť. Tento seznam se skládal ze dvou částí. První část ukázala číslo tabulky, vzhledem k názvu šifrovací sítě, a druhá část ukazovala různé šifrovací sítě, vzhledem k číslu tabulky.
  • Tauschtafelplan říkal operátorovi, který sloupec dané tabulky byl použit k výběru požadovaných trigramů.
  • Spalten (sloupce) s Kenngruppen (skupina indikátorů šifrování).

Odesílatel musel zvolit dvě třípísmenné Kenngruppen nebo-li trigramy z Kenngruppenbuch:

  • Schlüsselkenngruppe (klíčová skupiny), k určení, které šifrování bylo použito
  • Verfahrenkenngruppe (kryptovací skupina), k získání klíče zprávy

Schlüsselkenngruppe a Verfahrenkenngruppe měly své vlastní tabulky. Podle způsobu šifrování, který ponorka používala bylo pomocí Zuteilungsliste vybráno patřičné číslo a podlě něj v Kenngruppenliste vybrána Radistaněkterá Schlüsselkenngruppe. Číslo vpravo od čísla Schlüsselkenngruppe bylo číslo klíče v tabulce Spalte. Trigram Verfahrenkenngruppe byl potom v tabulce Spalte nalezen podle tohoto čísla a patřičného písmene určeného z tabulky Tauschtafelplan.
S Enigmou v Grundstellung (základní poloze pro daný den), odesílatel zadal Verfahrenkenngruppe doplněnou o náhodné písmeno na konci. Výsledkem byl klíč zprávy, který se použil jako výchozí poloha k zašifrování zprávy. Dva trigramy dohromady (Schlüsselkenngruppe a Verfahrenkenngruppe) byly tzv. Indikátor zpráv.
A konečně, tento indikátor zprávy prošel dalším substitučním šifrováním s bigram tabulkou s názvem Doppelbuchstabentauschtafel nebo-li dvoupísmenná převodní tabulka.
Zprávy Kriegsmarine byly ve formátu čtyřpísmenných skupin. Některé zprávy byly kódovány kódem Kurzsignalheft knihy nebo Wetterkurzschlussel, před kódováním s Enigmou. Kurzsignalheft převáděl slova, čísla a všechny druhy provozních a technických výrazů a frází do čtyřpísmenných kódů. Wetterkurzschlussel (krátký klíč) převedl úplnou zprávu o počasí do kódu 23 či 24 písmen.

Bigram Table

Jak už bylo uvedeno, indikátor Kriegsmarine zpráv (Schlüsselkenngruppe a Verfahrenkenngruppe společně) byl kódován pomocí bigram tabulky s názvem Doppelbuchstabentauschtafel nebo-li dvoupísmenná převodní tabulka. Sada bigram tabulek se skládala z devíti různých tabulek, které jsou označeny A až J. Kalendář (Tauschtafelplan) určil, která z těchto substitučních tabulek byla použita na konkrétní den. Bigram tabulka byla obousměrná, což znamená, že pokud bigram AB byl zakódován do KW, bigram KW byl dekódován jako AB. Provozovatel napsal dva trigramy z indikátoru zprávy pod sebe, ale přidal jedno náhodné fiktivní písmeno na začátek prvního trigramu a jedno fiktivní písmeno na konec druhého trigramu. K zakódování byly bigramy vzaty vertikálně z indikátoru zprávy a kódovány podle tabulky bigramu.

Příklad

Odesílatel nastavil Enigmu do základní polohy pro daný den a zadal Verfahrenkenngruppe. Tím získal klíč zprávy, který použil jako výchozí polohu kol k zašifrování zprávy. Dále sestavil indikátor zprávy = ShipSchlüsselkenngruppe a Verfahrenkenngruppe a tento indikátor zašifroval pomocí bigram tabulky podle data v Tauschtafelplan.
Jako příklad, budeme kódovat indikátor zprávy HLG KQK (zjištěné Schlüsselkenngruppe a Verfahrenkenngruppe) pomocí bigram tabulky. Přidáme náhodná písmena, v našem případě A a Z, přidávají do trigramu Schlüsselkenngruppe HLG a Verfahrenkenngruppe KQK:
AHLG
KQKZ
Zakódujeme pomocí bigramů v tabulce Doppelbuchstabentauschtafel B (tabulka určena z Tauschtafelplan podle příslušného data odesílání zprávy)
AK = BD
HQ = BJ
LK = EM
GZ = EJ
Výsledný indikátor zprávy: BDBJ EMEJ

Příjemce dekódoval osm písmen indikátoru zprávy s pomocí své bigram tabulky pro daný den. Výsledný první trigram mu ukázal správný klíč. Podle něj mohl určit, jaký byl způsob šifrování. Pokud měl správné tabulky nastavení stroje pro tento druh šifrování, nastavil rotory do Grundstellung (základní polohy), zadal druhý trigram. Výsledný trigram byl klíčem zprávy. Ten se nastavil jako nová pozice rotorů a nakonec dešifroval zbytek zprávy.  Ve výše uvedeném příkladu byla použita 4-rotorová M4 Enigma. Postup pro tří-rotorovou námořní M3 Enigmu byl zhruba totožný.

Typický formát zprávy Kriegsmarine:

BDU 1540/8/107 24
BDBJ EMEJ DERH RFRS OQRV DTYH QWBV HILS CXHR OPOD
GTQL DDHI KFTG EDZS WXQS EDFR HGYG EDZZ UYQV DTYY
EDGH KIRM BDBJ EMEJ

Zpráva je pro BDU, je vytvořena v 15:40 8. den, má pořadové číslo 107 a sestává z 24 skupin. Na začátku zprávy máme indikátor zprávy BDBJ EMEJ, který se opakuje na konci zprávy. Délka skupiny čtyři písmena a opakování indikátoru zprávy na konci byly charakteristické pro námořní zprávy.

K samotné keši

V květnu 1943 vyslala ponorka U-710 operující kdesi blízko nepřátelského pobřeží nouzový signál s informacemi o poloze a žádostí o pomoc. Sifrovanou zprávu zachytil německý křižník a ihned vyrazil na pomoc. Když však k určenému místu dorazil, ponorka již zmizela, na hladině se pohupovalo jenom nevybuchlé torpédo. Vydejte se na pomoc při hledání vraku, torpédo vám ukáže správný směr. Není totiž jisté, jestli se podařilo zničit všechny tajné dokumenty na palubě ponorky. Je nutné, aby jste minimálně přísně tajnou knihu zvanou LOGBUCH znehodnotili svými razítky nebo jinými psacími potřebami. Nejdříve ale musíte rozluštit vyslanou zprávu, aby jste zjistili, kde je přibližné místo potopení a potom možná našli i nějaký poklad.

Budete potřebovat :
Samotnou zprávu ve stavu, jak ji obdržel radista křižníku
Denní nastavení Enigmy M4 - uvědomte si, že nevíme, jakou šifru ponorka používala, když vyrazila na hlídku. Zachovaly se ale knihy s denním nastavením pro více druhů šifrování. Vy musíte zjistit to správné denní nastavení.

Pomůcka, tak trochu jak na to :

  • Najděte zprávu a Kenngruppenbuch
  • Zapište zprávu - může pomoci
  • Zjistěte datum, kdy byla zpráva odeslána
  • Zjistěte v Tauchtafelplan správnou substituční tabulku
  • V substituční tabulce zjistěte správné Schlüsselkenngruppe Verfahrenkenngruppe
  • Podle Schlüsselkenngruppe zjistěte v Kenngruppenliste správná čísla kodování
  • Podle těchto čísel najděte Zuteilungsliste typ kodovani ponorky
  • Pokud najdete správné kodové listy pro tento typ kodování, vyhledejte nastavení Enigmy
  • Nastavte stroj, vložte správně zprávu a dekodujte (viz. listing)
  • Přeložte zprávu a hurá pro keš

 

Přeji hezkou zábavu při luštění a hledání ztracených dokumentů.Všechno potřebné naleznete v listingu.

V době založení keše obsahovala tato 15 ks CWG na výměnu. Snad tomu tak na počest padlých námořníků zůstane i nadále. Měnte prosím maximálně 2 stejné kusy. Díky.

Edit 25.3.2017 : Torpéda jsou v současné době nedostatkové zboží. Na stage je tedy prozatím pouze rozbuška. Ta je upevněná řetízkem. Rozbušku není třeba rozšroubovávat ani odpojovat. Pokud nesjte pyrotechnik, ani to není doporučeno.

Zde ověřte svoje řešení pro získání bonusového čísla :

Enigma simulátory :
Já považuju za jeden za nejlepších tento (WIN):
http://users.telenet.be/d.rijmenants/en/enigmaproc.htm

On-line simulátory
http://people.physik.hu-berlin.de/~palloks/js/enigma/
http://enigma.louisedade.co.uk/index.html

Additional Hints (Decrypt)

Fvsen : ifr anwqrf i yvfgvath Gbecrqb : cev ebmobherarz "zbev" zhmr olg ceboyrz, mn bqyvih an cbubqh. Anwqv cbwvšgbinpí ergrm, anwqrš gbecéqb. Araí geron ebmroíeng. Uyrqrw i xbžrarpu.

Decryption Key

A|B|C|D|E|F|G|H|I|J|K|L|M
-------------------------
N|O|P|Q|R|S|T|U|V|W|X|Y|Z

(letter above equals below, and vice versa)