ถอดรหัสความลับเครื่อง Enigma จุดเริ่มต้นและจุดจบของสงครามโลกครั้งที่ 2

CREDIT: RUI VIEIRA

     ในภาวะสงครามนั้น ข้อมูลข่าวสารนั้นสำคัญมาก โดยเฉพาะข้อมูลที่จะรั่วไหลไปยังฝ่ายตรงข้าม ที่อาจรู้ถึงความเคลื่อนไวของตัวเอง และต้องพยายามรู้ข่าวสารและการเคลื่อนไหวของฝ่ายตรงข้ามให้ได้มากที่สุด ดังนั้นการใช้เทคโนโลยีในการสื่อสารนั้นก็มีความสำคัญ ประเทศที่มีกองกำลังมาก ยิ่งต้องการติดต่อสื่อสารโดยเฉพาะคำสั่งจากฐานบัญชาการ ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองนั้นยังมีข้อจำกัดทางเทคโนโลยีเพื่อติดต่อสื่อสาร การจะติดต่อสื่อสารช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ส่วนใหญ่จะติดต่อด้วยสัญญาณคลื่นวิทยุ ซึ่งจะมีส่วนประมวลผลเพื่อรับ/ส่ง สัญญาณคลื่นวิทยุ ปัญหาก็คือ การที่คลื่นวิทยุนั้นส่งข้อมูลผ่านชั้นบรรยากาศ ทำให้ง่ายต่อการดักจับและถอดรหัสข้อมูล จึงเป็นที่มาของนักวิศวกรชาวเยอรมันคิดค้นเครื่อง enigma ขึ้นมา ซึ่งเป็นเครื่องที่เข้ารหัสข้อมูลชั้นสูง และตอนนั้นเชื่อว่าไม่สามารถมีใครที่จะถอดรหัสจากเครื่องนี้ได้ ทำให้กองทัพนาซี นำเครื่อง enigma นี้ไปใช้ในการรับส่งข้อมูลข่าวสาร ช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2


ส่วนประกอบของเครื่อง enigma
     เครื่อง enigma นั้นเป็นเครื่องระบบไฟฟ้าเชิงกล ที่ประกอบไปด้วย

ภาพเครื่อง Enigma

Keyboard ประกอบไปด้วย 26 Key ซึ่งประกอบไปด้วยตัวอักษร A-Z ซึ่งส่วนของ Keyboard นี้เองจะใช้ป้อนข้อความที่ต้องการเข้ารหัส

Plugboard เป็นส่วนที่ใช้ในการแปลงสัญญาณข้อความก่อนที่จะส่งไปให้ Rotor machines  เช่นรับ input จาก Keyword เป็น A หลังจากผ่านตัว Plugborad จะถูกเปลี่ยนเป็น Y และส่งค่า Y ให้ Rotor machines ต่อไป

Rotors (Scramblers) ในเครื่อง enigma นั้นจะประกอบไปด้วย 5 rotorตัวแรกคือ static rotor 9 เฟืองชุดนี้จะทำงานไม่ซับซ้อน คอยรับค่าจาก Keyword หากมี Input เป็น B ตัว static rotor จะยังคงรับค่าเป็น B ยังไม่มีการปลงสัญญาณแต่อย่างใด

Rotor สามตัว แต่ละ rotor จะมีตัวอักษรภาษาอังกฤษ 26 ตัวอักษรติดอยู่(A-Z) โดย rotor นั้นจะเป็นส่วนที่เป็นชุดเฟืองหมุนไปมา เฟืองแต่ละตัวจะมีรอบหมุนที่ไม่เท่ากัน ซึ่งส่งผลให้เราป้ายข้อความเดิมไปแล้ว ผลลัพธ์ที่ได้ก็จะไม่เหมือนเดิม การทำงานจะเชื่อมกันจากตัวหมุนขวาสุดไปยังตัวหมุนซ้ายสุด มีการเชื่อมโยงกันแบบซับซ้อน

ตัวที่ห้า Reflector ทำหน้าที่แปลงตัวอักษร เช่น input B ตัว reflector จะทำการแปลงเป็น E เป็นต้น

หาดูการทำงานแล้วมีชุดเฟือง 5 ถึงตัวที่ทำงานอย่างซับซ้อน คอยแปลงตัวอักษรจากค่าที่รับมาจาก Keyboard เป็นอักษรอย่างอื่น เหตุผลที่ต้องมีกลไกลอย่างซับซ้อนนี้ก็เพราะ ไม่ต้องการให้คนอื่นถอดรหัสข้อความได้

ภาพ rotor 3 ตัวที่อยู่ในเครื่อง enigma | Ref.

Lampboard เป็นส่วนที่ใช้ในการแสดงผลหลังจากข้อความถูกเข้ารหัสเสร็จแล้วเช่น ก่อเข้ารหัสพิมพ์ G ไป แต่หลังจากเข้ารหัสแล้วจะถูกเปลี่ยนเป็น S ซึ่งตัว Lampboard จะเป็นส่วนที่แสดงผลลัพธ์

การทำงานของเครื่อง enigma
ภาพรวมการทำงานของเครื่อง enigma | Ref.

     ขึ้นตอนการทำงานของเครื่อง enigma คือเริ่มแรกจะรับ Input จาก keyword เช่น พิมพ์ตัว T เข้าไป จากนั้น Plugboard จะมีกลไกลแปลงจาก T เป็นค่า K ก่อนส่งให้ Static rotor เฟืองตัวแรกรับค่าจาก Plugboard แต่ยังไม่มีการแปลงข้อมูลใดๆจะรับค่าแล้วส่งต่อไปยังเฟืองทั้ง 3 ตัวจากขวาสุดไปซ้ายสุด โดยชุดเฟืองแต่ละชุดจะมีการรับข้อมูลเข้ามาและแปลงข้อมูลและส่งออกข้อมูลที่แตกต่างจากค่าที่รับเข้ามา เนื่องจากชุดเฟืองแต่ละชุดจะมีรอบหมุนที่ไม่เหมือนกน ดังนั้นถึงแม้จะเป็นข้อความเดียวกันก็จะได้รับผลลัพธ์ที่ต่างกัน ค่าที่ถูกส่งออกจากเฟืองตัวซ้ายสุดจะถูกส่งเข้า Reflector เพื่อจะทำการแปลงข้อมูลอีกรอบหนึ่ง ก่อนถูกส่งกลับไปเพื่อไปแสดงผลยัง Lampboard หากใครสนใจดูกลไกลการเข้ารหัสของเครื่อง enigma แล้ว สามารถทำลองการเข้ารหัสได้ที่ http://enigmaco.de/enigma/enigma.html


แอลัน แมธิสัน ทัวริง (Alan Mathison Turing) ผู้เผยรหัสลับของเครื่อง enigma



     ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 มีหลายชาติพยายามคิดค้นการแกะรอยข้อความของกองทัพนาซีแต่ไม่เป็นผลสำเร็จ จนกระทั่งแอลัน ทัวริง เป็นนักคณิตศาสตร์ นักตรรกศาสรตร์ นักรหัสวิทยา ซึ่งเป็นชาวอังกฤษ ได้สร้างเครื่องจักรทัวริงขึ้นมาเพื่อถอดรหัสข้อความจากกองทัพนาซี โดยแอลัน ทัวริงได้สร้างเครื่องถอดรหัสที่ชื่อว่า The bombe ขึ้นมาเพื่อถอดหรัสเครื่อง enigma ผลจากการถอดหรัสได้จากเครื่อง enigma นั้นสามารถช่วยให้สงครามจบเร็วขึ้น 2 ปีกและสามารถช่วยชีวิตผู้คนได้กว่า 14-21 ล้านคน นอกจากผลงานการถอดรหัสจากเครื่อง enigma แล้ว แอลัน ทัวริง ยังมีผลงานวิชาการด้านคอมพิวเตอร์อื่นๆอีกมากมาย จนได้รับการยกย่องว่าเป็นบิดาแห่งวิทยาการคอมพิวเตอร์ และ AI ชื่อของเขายังได้ถูกนำไปตั้งรางวัลที่มอบให้แก่นักคอมพิวเตอร์ชื่อว่า Turing Award ซึ่งเป็นรางวัลที่มีเกียร์ติสูงสุงของศาสตร์ด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์ หรือเปรียบเสมืองรางวัลโนเบลในวงการคอมพิวเตอร์ก็ว่าได้

Reference:
1. https://www.royalsignalsmuseum.co.uk/ww1-ww2-communications/
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Rotor_machine
3. http://www.klauspommerening.de/Cryptology/Classic/5_Rotor/Rotor.pdf
4. http://enigma.louisedade.co.uk/howitworks.html
5. https://en.wikipedia.org/wiki/Alan_Turing


ป้ายกำกับ

แสดงเพิ่มเติม

บทความยอดนิยม

Automation testing หรือ การทดสอบซอฟต์แวร์อัตโนมัติ คืออะไร ทำไมถึงสำคัญต่อการทดสอบซอฟต์แวร์

วิธีเก็บ วิเคราะห์ รวบรวม requirement อย่างไรให้มีประสิทธิภาพ

Software Development Life Cycle (SDLC) คืออะไร ทำไมจำเป็นต่อการพัฒนาซอฟต์แวร์

Performance Test คือ อะไร วัดประสิทธิภาพของระบบ ล่มไม่ล่ม จะรู้ได้อย่างไร

ม.ปลายอยากเข้าสายคอม วิทยาการคอม วิศวกรรมคอม เตรียมตัวอย่างไร ต้องมีพื้นฐานอะไรบ้าง

วิเคราะห์เทรน แนวโน้มของเทคโนโลยีด้วย Gartner Hype Cycle

Data Privacy คืออะไร ข้อมูลส่วนบุคคลนั้นสำคัญขนาดไหน

Formal verification การหาข้อผิดพลาด การทดสอบ การทวนสอบ ขั้นสูง

Fibonacci ความลับของตัวเลขทางคณิตศาสตร์สู่เครื่องมือวิเคราะห์หุ้น