تحليل تشفير لورنز هوالعملية التي مكنت البريطانين من قراءة رسائل الجيش الألماني رفيعة المستوى خلال الحرب العالمية الثانية. فكت كلية الترميز والتشفير الحكومية في حديقة بلتشلي تشفير الكثير من الاتصالات بين القيادة العليا للفيرماخت (القيادة العليا الألمانية) في برلين وقادة جيشها في جميع أنحاء أوروبا المحتلة، وكان بعضها مسقطًا من الزعيم أدولف هتلر. اعتُرضت هذه الإشارات الراديوية التي لا تستخدم تشفير مورس بواسطة ملحقات مبرقة جهاز التشفير التدفقي الدوار لورنز إس زد. أصبح فك تشفير حركة البيانات هذه مصدرًا هامًا للاستخبارات «الفائقة»، وساهم بشكل كبير في تحقيق النصر للحلفاء.

بالنسبة لرسائلها السرية عالية المستوى، شفّرت القوات المسلحة الألمانية جميع حرف باستخدام عدة آلات تشفير تدفقي (محررات سرية) متصلة عند طرفي اتصال التلغراف باستخدام الأبجدية الدولية للتلغراف رقم 2 بطولخمسة بت (آي تي إيه 2). اكتُشفت هذه الآلات لاحقًا لتصبح آلات لورنز إس زد للجيش (الحرفان إس وزد مشتقان من Schlüssel-Zusatz التي تعني مرفق الشفرات)، وسيمنز وهالسكه تي52 للقوات الجوية، وسيمنز تي43، التي لم تُستخدم سوى قليلًا ولم يستطع الحلفاء فك تشفيرها أبدًا.

كشف فك تشفير حديقة بلتشلي للرسائل المشفرة بأجهزة إينيغما حتى الألمان أطلقوا على أحد أنظمة الإبراق اللاسلكي اسم سيغفيش (سمكة المنشار)، ما دفع المشفرين البريطانيين للإشارة إلى حركة البيانات الألمانية المشفرة المبرقة لاسلكيًا باسم «فيش». بينما «توني» (سمكة التونة) هوالاسم الذي أُطلق على كيفية التواصل التي لم تستخدم شيفرة مورس، واستُخدم لاحقًا لأجهزة التشفير وحركة بياناتها.

كما هوالحال مع تحليل شفرات إينيغما المنفصل تمامًا، جاز قصور التطبيق الألماني بالتحليل الأولي للنظام وبطريقة لفك تشفيره. بعكس إينيغما، لم تصل أي آلة إلى يد الحلفاء حتى نهاية الحرب في أوروبا، بعد وقت طويل من تأسيس فك التشفير الكامل. أدت مشاكل فك تشفير رسائل توني إلى تطوير «كولوسس»، وهوأول حاسوب رقمي إلكتروني قابل للبرمجة في العالم. كانت عشرة حواسيب منه قيد الاستخدام بحلول نهاية الحرب، وفي ذلك الوقت كان قد فُك تشفير حوالي 90% من رسائل توني المحددة في حديقة بلتشلي.

نطق محلل الشفرات ألبرت دبليو. سمول، من فيلق إشارات الجيش الأمريكي الذي أُعير إلى حديقة بلتشلي وعمل على تشفير توني، في تقريره الصادر في ديسمبر 1944 إلى قاعة أرلينغتون:

عكست الحلول اليومية لرسائل فيش في كلية الترميز والتشفير الحكومية خلفية العبقرية الرياضية البريطانية والقدرة الهندسية الرائعة والحس السليم القوي. جميع من هذه العناصر كان عاملًا ضروريًا، وكان من الممكن المبالغة في جميع منها أوالتقليل منها لحساب الحلول؛ ومن الحقائق الرائعة حتى اندماج العناصر بدا أنه في نسب مثالية، وكانت النتيجة مساهمة بارزة في علوم تحليل التشفير.

آلات توني الألمانية

طبقت ملحقات تشفير لورنز إس زد تشفير فيرنام التدفقي باستخدام مصفوفة معقدة من اثني عشر دوّارًا أُوصِلت إلى ما كان ينبغي حتىقد يكون رقم تأمين شبه عشوائي كمفتاح تدفق. يُدمج مفتاح التدفق مع النص الأصلي لإنتاج النص المشفر في نهاية الإرسال باستخدام دالة الاختيار الحصري أو(إكس أوآر). في الطرف المستقبل، تنتج آله تكوين مماثلة نفس المفتاح التدفقي الذي يدمج مع النص المشفر لإنتاج النص الأصلي، مثلًا قد يطبق النظام خوارزمية المفتاح المتناظر.

يتولد المفتاح التدفقي بواسطة عشرة من الدوارات الإثني عشر، نتيجة تطبيق دالة إكس أوآر على المحارف المولّدة باستخدام الدوارات الخمسة اليمنى (دوارات كاي χ)

{\displaystyle \chi ))))والدورات الخمسة اليسرى (دوارات بساي ψ). تتحرك دوارات كاي دائمًا باتجاه واحد لكل حرف مدخل من النص المشفر، لكن دوارات بساي لا تقوم بالمثل.

يحدد الدوّاران المركزيان ميوμ (أوموتور) ما إذا كانت دوارات بساي ستدور بحرف جديد. بعد تشفير جميع حرف؛ إما حتى تتحرك دوارات بساي الخمسة أوتظل ثابتة ويُستخدم نفس الحرف من مفتاح بساي مجددًا. مثل دوارات كاي، يتحرك دوار ميو61 (61μ) بعد جميع حرف. عندما تتوقف الحدبة في مسقط فعال على دوار ميو61 (61μ) ويتولد رمز إكس x (قبل التحرك) يتحرك ميو37 (37μ)، وعندما تكون الحدبة في مسقط غير فعال (قبل التحرك) ميو37 (37μ) تظل دوارات بساي ثابتة. تملك جميع الأجهزة ما عدا القديمة عاملًا إضافيًا يلعب دورًا في تحريك دوارات بساي أوعدم تحريكها. كان هناك أربعة أنواع مختلفة سُميت القيود في حديقة بلتشلي، وتضمنت جميعها بعض جوانب المسقط السابق لدوارات الآلة.

بلغ عدد اجمالي الحدبات على الدوارات الإثني عشر لجهاز إس زد 42 حوالي 501 وتشاركت جميعها معًا، معطية فترة طويلة جدًا قبل تكرار تسلسل المفتاح. يمكن لكل حدبة إما حتى تكون مرتفعة ما يعطي x (إكس) لمنطق النظام والتي تعكس قيمة البت، أومنخفضة ما يولد • (نقطة غامقة). كان العدد الإجمالي الممكن لأنماط الحدبة المرتفعة  وهوعدد كبير جدًا. في الممارسة العملية، كانت حوالي نصف الحدبات على جميع دوار مرفوعة. استوعب الألمان لاحقًا أنه إذا لم يكن عدد الحدبات المرفوعة قريبًا من 50% سيكون هناك أدوار من xs (الإكسات) وs• (النقاط الغامقة)، وهوضعف في التشفير.

كانت عملية تحديد أي من الحدبات الـ501 مرفوعة تدعى «خرق الدوار» في حديقة بلتشلي. وكانت عملية اشتقاق موضع البدء للدوارات لانتنطق معين تسمى «ضبط الدوار» أوببساطة الضبط (الإعداد). إذا حقيقة حتى دوارات بساي تحركت جميعها معًا وليس مع جميع حرف مدخل، كانت ضعفًا رئيسيًا في الآلات ساهم في نجاح البريطانين في تحليل التشفير.

الإبراق الآمن

تطور الإبراق الكهروميكانيكي في ثلاثينيات وثمانينيات القرن الماضي، أي قبل الاتصال الهاتفي بوقت طويل، وشُغِّل في جميع أنحاء العالم بحلول الحرب العالمية الثانية. ربط نظام واسع من الكابلات المواقع داخل الدول وبينها، بجهد قياسي -80 فولت يشير إلى «علامة» و+80 فولت يشير إلى «فراغ». عندما أصبح الإرسال عبر الكبل غير عملي أوغير مريح، كما في وحدات الجيش الألماني المتنقلة، استُخدم الإرسال اللاسلكي.

تتكون المبرقة في جميع طرف من دارة تتألف من لوحة مفاتيح وآلية طباعة، وغالبًا من آلية قراءة وتثقيب تألفت من خمس شرطان ورقية مثقبة. عند استخدامها بالاتصال، أدى الضغط على مفتاح أبجدي في نهاية الإرسال إلى طباعة الحرف اللقاء في الطرف المستقبل. ومع ذلك، تضمن نظام الاتصال قيام مشغل الإرسال بإعداد مجموعة من الرسائل دون اتصال بتثقيبها على شريط ورقي، ثم إرسال الرسائل المسجلة على الشريط أثناء الاتصال. يرسل النظام عادةً نحوعشرة أحرف في الثانية، وبالتالي يشغل الخط أوقناة الراديولفترة زمنية أقصر من الكتابة أثناء الاتصال.

مُثلت رموز الرسالة برموز الأبجدية الدولية للتلغراف رقم 2 (آي تي إيه 2). استخدم وسيط الإرسال، سواء كان سلكيًا أوراديويًا، اتصالًا تسلسليًا غير متزامن بالإشاراة إلى جميع حرف بنبضة بداية (فراغ) و5 نبضات للبيانات ونبضة ونصف للتوقف. في حديقة بلتشلي رُمزت نبضات العلامات بـx (إكس) ونبضات الفراغ بـ• (نقطة غامقة). على سبيل المثال، رُمّز الحرف «H» بـ x•x••.a

المراجع

1. ^ McKay 2010، p. 263 quoting Jerry Roberts.
2. ^ Hinsley 1993، صفحة 8.
3. ^ Good, Michie & Timms 1945، 1 Introduction: 11 German Tunny, 11A Fish Machines, (c) The German Ciphered Teleprinter, p. 4.
4. ^ Good 1993، صفحات 162,163.
5. ^ Gannon 2007، صفحة 103.
6. ^ Good, Michie & Timms 1945، 1 Introduction: 11 German Tunny, 11B The Tunny Cipher Machine, (j) Mechanical Aspects, p. 10.
7. ^ Gannon 2007، صفحات 150, 151.
8. ^ Good 1993، صفحة 153.