Johna Herivela

Maszyna szyfrująca Enigma
Enigma-logo.svg

John William Jamieson Herivel (29 sierpnia 1918 - 18 stycznia 2011) był brytyjskim historykiem nauki i łamaczem szyfrów z czasów II wojny światowej w Bletchley Park .

Jako łamacz szyfrów zajmujący się kryptoanalizą Enigmy , Herivel jest pamiętany głównie z odkrycia tego, co wkrótce nazwano końcówką Herivela lub Herivelismusem . Herivelismus składał się z pomysłu, końcówki Herivela i metody ustalania, czy ma zastosowanie, za pomocą kwadratu Herivela . Opierała się na wglądzie Herivela w zwyczaje niemieckich operatorów maszyny szyfrującej Enigma , co pozwoliło Bletchley Park z łatwością wydedukować część dziennego klucza . Przez krótki, ale krytyczny okres po maju 1940 r., końcówka Herivela w połączeniu z „ cillies ” (inna klasa błędów operatora) była główną techniką stosowaną do rozwiązania Enigmy.

Po wojnie Herivel został naukowcem, studiując historię i filozofię nauki na Queen's University Belfast , w szczególności Isaaca Newtona , Josepha Fouriera , Christiaana Huygensa . W 1956 roku wziął krótki urlop od Queen's, aby pracować jako naukowiec w Instytucie Studiów Zaawansowanych w Dublinie . Na emeryturze napisał autobiograficzną relację ze swojej pracy w Bletchley Park, zatytułowaną Herivelismus and the German Military Enigma .

Rekrutacja do Bletchley Park

John Herivel urodził się w Belfaście i uczęszczał do Methodist College Belfast od 1924 do 1936. W 1937 otrzymał stypendium Kitchenera na studia matematyczne w Sidney Sussex College w Cambridge , gdzie jego przełożonym był Gordon Welchman . Welchman zwerbował Herivela do Government Code and Cypher School (GC&CS) w Bletchley Park . Welchman pracował z Alanem Turingiem w nowo powstałej Hut 6 sekcja stworzona w celu rozwiązania zagadki armii i sił powietrznych. Herivel, wówczas 21-letni, przybył do Bletchley 29 stycznia 1940 r. I został poinformowany o Enigmie przez Alana Turinga i Tony'ego Kendricka.

Enigma

Wojskowa maszyna Enigma.

W czasie, gdy Herivel rozpoczynał pracę w Bletchley Park, Hut 6 odnosił tylko ograniczone sukcesy z wiadomościami zaszyfrowanymi Enigmą, głównie z sieci Luftwaffe Enigma znanej jako „Red”. Pracował z Davidem Reesem , innym matematykiem z Cambridge zatrudnionym przez Welchmana, w pobliskiej Elmers School, testując potencjalne rozwiązania i opracowując ustawienia wtyczki. Proces ten przebiegał powoli, jednak Herivel był zdeterminowany, aby znaleźć metodę ulepszenia ich ataku, i spędzał wieczory, próbując wymyślić sposoby, aby to zrobić.

Przechwycone wiadomości zaszyfrowane kodem Morse'a zostały zaszyfrowane przez niemiecką Enigmę , elektromechaniczną maszynę szyfrującą z wirnikiem , która zaimplementowała szyfr polialfabetyczny . Główny model używany w 1940 roku miał trzy wirniki które wyznaczają ścieżkę elektryczną od klawiatury do tablicy rozdzielczej. Naciśnięcie klawisza powodowało zapalenie się jednej lampy i przesunięcie prawego wirnika o jedną pozycję. Zmieniło to ścieżkę elektryczną, tak że ponowne naciśnięcie tego samego klawisza powodowało zapalenie się innej litery. W jednej z 26 pozycji wycięcie na prawym wirniku sprzęgło się ze środkowym wirnikiem, tak że dwa wirniki poruszały się razem, i podobnie środkowy wirnik sprzęgał się z lewym wirnikiem, dając bardzo długi okres przed sekwencją powtórzone (26 × 26 × 26 = 17 576). Pierścień na wirniku, który zawierał wycięcie i w ten sposób powodował przesuwanie się następnego wirnika, można było ustawić w dowolnej z 26 pozycji. Trzy wirniki zostały wybrane z zestawu pięciu, co daje 60 różnych sposobów montażu wirników w maszynie. Ponieważ jednak Niemcy ustanowili zasadę, że żaden wirnik nie powinien znajdować się w tej samej pozycji przez kolejne dni, jeśli znane były wirniki z poprzednich dni i ich położenie, liczbę tę zmniejszono do 32.

Maszyna Enigma działała na zasadzie wzajemności, tak że identyczna maszyna z identycznymi ustawieniami, po podaniu zaszyfrowanych liter, pokazywałaby rozszyfrowane litery na tablicy lamp. Chata 6 miała repliki maszyn Enigmy, które były logicznie identyczne z maszynami używanymi przez Niemców. Odszyfrowanie przechwyconych wiadomości wymagało znajomości doboru wirników, ustawień pierścienia i połączeń wtykowych. W tym czasie pierwsze trzy litery wstępu do wiadomości były używane jako wskaźnik informujący operatora odbierającego, które litery powinny pojawić się w oknach dla tej konkretnej wiadomości.

Rada Herivela

Dwa wirniki Enigmy przedstawiające styki elektryczne, zapadkę stopniową (po lewej) i wycięcie (po prawej stronie wirnika naprzeciwko litery D ).

W lutym 1940 roku Herivel wpadł na pomysł, że niektórzy leniwi niemieccy urzędnicy mogą zdradzić ustawienia pierścienia Enigmy ( Ringstellung ) w swojej pierwszej wiadomości tego dnia. Gdyby było kilku leniwych urzędników, pierwsza wiadomość Grundstellung nie byłaby przypadkowa, ale skupiałaby się wokół Ringstellung . Wgląd stał się znany jako wskazówka Herivela. W tamtym czasie nie było to potrzebne, ponieważ Luftwaffe podwójnie szyfrowała swoje klucze wiadomości, więc techniki takie jak arkusze Zygalskiego można było użyć. W maju 1940 Niemcy zatrzymali podwójnie zaszyfrowane klucze. Kiedy inne metody okazały się nieskuteczne, Bletchley Park zaczął używać końcówki Herivela do przerywania ruchu Luftwaffe. Nadal była to główna metoda, aż do dostarczenia bomby w sierpniu 1940 roku.

Procedura szyfrowania Enigmy

Wirniki i położenie pierścienia zawierającego wycięcie były zmieniane codziennie. Ustawienia zostały zdefiniowane w książce kodów , która była wspólna dla wszystkich operatorów w tej sieci. Na początku każdego dnia, przed wysłaniem lub odebraniem jakichkolwiek wiadomości, operatorzy Enigmy wprowadzali dzienny wybór wirnika i ustawienia pierścienia. Po wybraniu trzech wirników dostosowali ustawienia pierścienia. Można to było zrobić przed zamontowaniem wirników na osi lub po włożeniu ich do maszyny. Możliwe było dostosowanie ustawień pierścienia załadowanych wirników, przesuwając sprężynowy kołek ustalający w prawo i obracając wirnik, aby wyświetlić określoną literę. Herivel uznał za prawdopodobne, że przynajmniej niektórzy operatorzy będą regulować pierścienie po zamontowaniu wirników w maszynie. Po ustawieniu pierścieni alfabetu i zamknięciu pokrywy operator powinien następnie odsunąć wirniki daleko od pozycji, które wyświetlały trzy litery ustawienia pierścienia w okienkach, ale niektórzy operatorzy tego nie zrobili.

Trzy wirniki wewnątrz maszyny Enigma. W środkowym wirniku można zobaczyć kołek ustalający pierścienia z małą czerwoną strzałką wskazującą obok pozycji 01 . Aby wyregulować ustawienie pierścienia, sprężynowy sworzeń można przesunąć w prawo, aby umożliwić obracanie pierścienia do żądanej pozycji.

Wielki wgląd Herivela przyszedł do niego pewnego wieczoru w lutym 1940 roku, kiedy odpoczywał przed kominkiem swojej gospodyni. Zestresowani lub leniwi operatorzy, którzy ustawili pierścienie, gdy wirniki były w maszynie, mogli zostawić ustawienie pierścieni na górze lub blisko niej i użyć tych trzech liter jako pierwszej wiadomości dnia.

W przypadku każdej przesyłanej wiadomości operator wysyłający postępowałby zgodnie ze standardową procedurą. Od września 1938 r. używał początkowej pozycji do szyfrowania wskaźnika i wysyłania go czystym kodem , a następnie klucza wiadomości, który został zaszyfrowany przy tym ustawieniu. Jeśli ustawienie naziemne (niem. Grundstellung ) to GKX , użyłby Enigmy z wirnikami ustawionymi na GKX do zaszyfrowania ustawienia wiadomości , które mógłby wybrać jako RTQ ; które mogą szyfrować do LLP . (Przed majem 1940 r. ustawienie zaszyfrowanej wiadomości zostało powtórzone, ale dla spostrzeżeń Herivela nie ma to żadnego znaczenia). Następnie operator ustawiał swoje rotory na RTQ i szyfrował rzeczywistą wiadomość. W ten sposób preambuła wiadomości byłaby niezaszyfrowanym ustawieniem podstawowym ( GKX ), po którym następuje ustawienie zaszyfrowanej wiadomości ( LLP ). Odbierający operator Enigmy mógłby wykorzystać te informacje do odzyskania ustawień wiadomości, a następnie odszyfrować wiadomość.

Ustawienie podłoża ( GKX w powyższym przykładzie) powinno było zostać wybrane losowo, ale Herivel uznał, że jeśli operatorzy są leniwi, spieszą się lub znajdują się pod presją, mogą po prostu użyć dowolnego ustawienia wirnika, które jest aktualnie wyświetlane na maszynie. Jeśli to była pierwsza wiadomość tego dnia, a operator ustawił ustawienia pierścienia, gdy wirniki były już wewnątrz maszyny, pozycja wirnika wyświetlana obecnie na maszynie mogłaby równie dobrze być ustawieniem samego pierścienia lub być bardzo do niego zbliżona. (Gdyby taka sytuacja miała miejsce w powyższym przykładzie, GKX byłby ustawieniem pierścienia lub blisko niego).

Polscy kryptolodzy wykorzystali ten pomysł na PC Bruno podczas pozorowanej wojny .

Plac Herivela

Dzień po jego spostrzeżeniu koledzy Herivela zgodzili się, że jego pomysł był możliwym sposobem na dostanie się do Enigmy. Chata 6 zaczęła szukać efektu przewidzianego przez wskazówkę Herivela i zorganizowała wczesne przesłanie pierwszych wiadomości dnia z każdej stacji nadawczej. Wykreślili wskaźniki w siatce zwanej „kwadratem Herivela”, której przykład pokazano poniżej. Wiersze i kolumny siatki są oznaczone alfabetem. Do siatki wpisany został pierwszy wskaźnik pierwszego komunikatu dnia odebranego z każdej stacji w sieci. Polegało to na znalezieniu kolumny odpowiadającej pierwszej literze, wiersza odpowiadającemu drugiej literze i wpisaniu trzeciej litery do komórki, w której przecinał się wiersz i kolumna. Na przykład, GKX można by zapisać, wpisując X w komórce w kolumnie G i wierszu K . 

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

Wskazówka firmy Herivel zasugerowała, że ​​blisko siebie będzie klaster wpisów, taki jak klaster wokół GKX w powyższym przykładzie. To zawęziłoby opcje ustawień pierścienia z 17 576 do małego zestawu możliwości, być może od 6 do 30, które można przetestować indywidualnie.

Efekt przewidywany przez Herivela nie pojawił się jednak od razu w ruchu Enigmy, a Bletchley Park musiał nadal polegać na innej technice, aby dostać się do Enigmy: metoda „perforowanych arkuszy ”, którą przekazali polscy kryptolodzy . Sytuacja uległa zmianie 1 maja 1940 r., kiedy to Niemcy zmienili procedurę oznaczania, czyniąc metodę blachy perforowanej nieaktualną. Hut 6 nagle nie był w stanie odszyfrować Enigmy.

Na szczęście dla łamaczy szyfrów schemat przewidziany przez wskazówkę Herivela zaczął się ujawniać wkrótce po 10 maja, kiedy Niemcy najechały Holandię i Belgię. David Rees zauważył skupisko we wskaźnikach i 22 maja została rozszyfrowana wiadomość Luftwaffe wysłana 20 maja, pierwsza od czasu zmiany procedury.

Dodatkowe kluczowe elementy

Chociaż końcówka Herivela zapewniała ustawienia pierścienia Enigmy, nie zapewniała innych części klucza Enigmy: kolejności wirników i ustawień wtyczki. Klucz Luftwaffe w tamtym czasie wybierał spośród 5 wirników, więc było 60 możliwych zamówień wirników. Ponadto może istnieć od 8 do 10 połączeń tablicy wtykowej, co oznacza, że ​​wszystkie oprócz 6 z 26 liter są permutowane przez tablicę wtykową. Łamacze kodów musieli użyć innych metod, aby znaleźć pozostałe części klucza Enigmy.

Końcówka Herivela została użyta w połączeniu z inną klasą błędów operatora, zwaną „ cillies ”, aby rozwiązać ustawienia i rozszyfrować wiadomości.

użytku były zaprojektowane przez Alana Turinga specjalistyczne maszyny do łamania szyfrów , tzw. „ bomby ”.

Uznanie

Gordon Welchman napisał, że wskazówka Herivela była istotną częścią złamania Enigmy w Bletchley Park.

Gdyby Herivel nie został zwerbowany w styczniu 1940 r., kto by pomyślał o wskazówce Herivela, bez której ponieślibyśmy klęskę w maju 1940 r. – niezdolni do utrzymania ciągłości, dopóki bomby nie zaczęły przybywać wiele miesięcy później? Niech nie będzie nieporozumień co do tego ostatniego punktu. Utrata ciągłości byłaby na wszystkich etapach bardzo poważna, jeśli nie katastrofalna”.

Ze względu na znaczenie jego wkładu, Herivel został wyróżniony i przedstawiony Winstonowi Churchillowi podczas wizyty w Bletchley Park. Uczył również kryptoanalizy Enigmy grupę Amerykanów przydzielonych do Hut 6 na intensywnym dwutygodniowym kursie. Herivel pracował później w administracji w „ Newmanry ”, sekcji odpowiedzialnej za rozwiązywanie szyfrów niemieckich dalekopisów metodami maszynowymi, takimi jak komputery Colossus , jako asystent kierownika sekcji, matematyka Maxa Newmana .

W 2005 roku naukowcy badający zestaw zaszyfrowanych wiadomości Enigmy z czasów II wojny światowej odnotowali występowanie klastrów, zgodnie z przewidywaniami zawartymi we wskazówce Herivela, w wiadomościach z sierpnia 1941 roku.

Po II wojnie światowej

Po zakończeniu wojny Herivel przez rok uczył matematyki w szkole, ale stwierdził, że nie radzi sobie z „hałaśliwymi chłopcami”. Następnie dołączył do Queen's University Belfast, gdzie został wykładowcą historii i filozofii nauki. Jednym z uczniów, których nadzorował, był aktor Simon Callow , który powiedział o nim:

Byłem absolutnie zdumiony. Był wspaniałym nauczycielem, w staroświecki sposób. Podczas swoich zajęć przygotowywał herbatę i grzanki przy ognisku. (Był) bardzo głębokim myślicielem, ale bardzo nieoczekiwanym w swoich podejściach, ale nie było sensu, że zrobił coś niezwykłego ze swoim życiem. To było jego pokolenie; nie pocałowali się i nie powiedzieli.

75 Lonsdale Road w Oksfordzie, gdzie zmarł Herivel. Niebieska tablica upamiętnia go jako „matematyka i łamacza kodów”.

Opublikował książki i artykuły na temat Isaaca Newtona , Josepha Fouriera i Christiaana Huygensa . Jego publikacje obejmują:

  •   Herivel, JW (kwiecień 1955), „Wyprowadzenie równań ruchu płynu idealnego według zasady Hamiltona”, Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society , 51 (2): 344–349, Bibcode : 1955 PCPS ... 51. .344H , doi : 10.1017/S0305004100030267 , S2CID 122422156
  • Herivel, John (1965), The Background to Newton's Principia: A Study of Newton's Dynamical Researches in the Years 1664–84 na podstawie oryginalnych rękopisów z kolekcji Portsmouth w Bibliotece Uniwersytetu Cambridge , Clarendon Press
  •   Herivel, JW (grudzień 1966), „Aspekty francuskiej fizyki teoretycznej w XIX wieku”, The British Journal for the History of Science , 3 (2): 109–132, doi : 10.1017/S0007087400003794 , S2CID 144562116 Badania, na których niniejszy artykuł został sporządzony w Paryżu w 1964 r. przy pomocy Bourse de Marque przyznanej przez rząd francuski za pośrednictwem jego ambasady w Londynie oraz dzięki grantowi Komitetu Badawczego Rady Akademickiej Queen's University w Belfaście.
  • Herivel, Jan ; Williams, L. Pearce (listopad 1975), „Joseph Fourier: człowiek i fizyk”, Physics Today , 28 (11): 65, Bibcode : 1975PhT....28k..65H , doi : 10.1063/1.3069206
  • Herivel, John (1975), Joseph Fourier: człowiek i fizyk , Clarendon Press
  •    Herivel, JW (grudzień 1960), „Odkrycie Newtona prawa siły odśrodkowej”, Isis , 51 (4): 546–553, doi : 10.1086/349412 , JSTOR 228612 , S2CID 143523512
  •    Herivel, JW (grudzień 1965), „Newton's First Solution to the Problem of Kepler Motion”, The British Journal for the History of Science , 2 (4): 350–354, doi : 10.1017 / s0007087400002508 , JSTOR 4024891 , S2CID 121724711
  • Herivel, John W. (1970), „Osiągnięcia Newtona w dynamice”, The Annus Mirabilis of Sir Isaac Newton: 1666-1966 : 120–135

roku przeszedł na emeryturę do Oksfordu , gdzie został członkiem All Souls College . Na emeryturze opublikował:

  • Herivel, John (2008), Herivelismus i niemiecka zagadka wojskowa , M & M Baldwin

Zmarł w Oksfordzie w 2011 roku.

On pozostawił córkę Josephine Herivel .

Notatki

Linki zewnętrzne

  • „Mind of a Codebreaker”, witryna internetowa towarzysząca „Decoding Nazi Secrets”, pierwotnie wyemitowana 9 listopada 1999 r. Część pierwsza i część druga . (Zawiera podobny materiał w Herivel Tip to Smith, 1998).
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=John_Herivel&oldid=1104438368 ”