محاكي قنبلة تورينج على Raspberry Pi و Arduino

" Enigma " - سلسلة من آلات التشفير الدوار الميكانيكية والكهربائية الألمانية التي تم استخدامها منذ عشرينيات القرن الماضي. بما في ذلك وقت الإرسال النشط للرسائل المشفرة على Enigma يقع خلال الحرب العالمية الثانية. في هذا الصدد ، ظهرت قيمة عملية هائلة لكسر تشفير لغز.

لاختراق رموز Enigma ، طور مكتب التشفير البولندي قنبلة مشفرة تم استخدامها لاختراق الرسائل. في المجموع ، تم إنشاء ستة آلات لست مجموعات من الدوارات ، والتي كان نطاقها محدودًا بسبب خصوصية شروط الرسالة المشفرة. وسرعان ما فقدت الآلات معناها مع إدخال دوارات جديدة ، ولم يكن لدى الجانب البولندي الموارد اللازمة لإنشاء 54 قنبلة أخرى. بعد ذلك اضطررت للعودة إلى الطرق اليدوية -أوراق Zygalsky . استنادًا إلى التطورات البولندية ، تم إنشاء قنبلة أكثر تقدمًا ، وهي آلة كهروميكانيكية ، والتي ترتبط غالبًا بشخصية آلان تورينج. في المجموع ، تم بناء حوالي مائة ونصف "القنابل" البريطانية. بعد نهاية الحرب العالمية الثانية ، تم تدمير جميع القنابل تقريبًا لأسباب تتعلق بالسرية.

على الرغم من وجود وثائق على الجهاز في التداول الحر ، يمكن حساب المحاولات الناجحة لإعادة إنشاء القنبلة على أصابع يد واحدة. هذا ، على سبيل المثال ، هو إعادة بناء قابلة للتطبيق لمشروع بومب لإعادة بناء فريق هواة بقيادة جون هاربر. استغرق إنشاء النسخة المتماثلة 13 عامًا. أمس في شبكة نشرت له الكثير من المشاريع أكثر تواضعاالهواة من نيوزيلندا. هذا هو محاكي لثلاث دوارات. في "القنبلة" الحقيقية كانت هناك 26 ثلاثية مترابطة.

لغز استخدام شيفرة متعددة الأبجدية ، ومعظم المثال الشهير الذي هو والشفرات Viginer . يمكننا أن نصف بإيجاز مبدأ تشغيل التشفير على أنه التشفير الديناميكي لقيصر ، والذي يتغير فيه عمق التحول وفقًا لخوارزمية معينة. قلوب اللغز هي ثلاث دوارات ، على الرغم من إنشاء أربع نسخ لاحقًا. يوجد على كل من الدوارات على كلا الجانبين 26 جهة اتصال تتوافق مع أحرف الأبجدية. لا تسير التوصيلات الكهربائية للمسارات بين جهات الاتصال في خط مستقيم ، فهي تختلف من الدوار إلى الدوار. يمكن إزالة الدوارات أو تغيير موقعها أو إدخال دوارات أخرى من المجموعة. منذ يناير 1939 ، في القوات البرية والطيران ، كانت المجموعة تتكون من 5 دوارات ، والتي أعطت 60 مجموعة ، وفي الأسطول - 8 (336 مجموعة).



مقياس إضافي هو استخدام لوحة التصحيح. تسمح لك التوصيلات الكهربائية بالأسلاك على اللوحة الأمامية للجهاز بتغيير الأحرف في أزواج: يمكن أن يصبح A R ، وسيصبح R في هذه الحالة A. لقراءة الرسالة ، تحتاج إلى معرفة موضع الدوارات على المغزل ، والتي تم استخدام الدوارات والعاكس من المجموعة ، رمز التشفير (3 أحرف لاتينية الأبجدية) وموقع الأسلاك على لوحة التصحيح. في بعض الإصدارات ، تم تقديم مقاييس أخرى: تم تدوير العاكس أيضًا ، وتم استخدام عدد أكبر من الدوارات ، وما إلى ذلك.



بعد الضغط على المفتاح ، يمر التيار عبر المسارات الكهربائية من المفتاح ، من خلال جهات الاتصال على لوحة التصحيح ، من خلال ثلاث دوارات مع مواضع مختلفة من المسارات ، وعاد من خلال العاكس ومرة ​​أخرى من خلال ثلاثة دوارات. ثم ظهر ضوء على اللوحة بحرف التشفير المقابل. قام دوار واحد على الأقل بحركة ، بتغيير التركيبة لتشفير الحرف التالي. تدور الدوارات مثل ثانية ودقيقة وفي اتجاه عقارب الساعة في ساعة ميكانيكية: صنع الدوار الأيمن السريع ثورة كاملة ، ثم ثورة 1/26 جعلت واحدة في المتوسط. بعد الدوران الكامل للمنتصف ، جعل الدوران 1/26 أبطأ اليسار.

ساعدت القنبلة في إنشاء إعدادات Enigm المحتملة في القوات الألمانية. لم تعط رسائل جاهزة. لإكمال العمل كان مطلوبا كل نفس العمل اليدوي. ساعدت "القنابل" على تقليل عدد الحلول الممكنة لمقبولة ومعقولة التكلفة للمعالجة.

لفك تشفير الرسائل ، كانت هناك حاجة لما يسمى "تلميحات". تم تنفيذ هجوم نص عادي معروف: تم فحص النص المشفر لاحتمال احتواء الكلمات والعبارات المألوفة. يتطلب العثور على "أدلة" معرفة باللغة العامية العسكرية الألمانية ونمط الاتصال لمشغلي الاتصالات. لعب تصميم العاكس دورًا مهمًا: لا يمكن أبدًا تشفير الرسالة في نفسها. بعد اختيار تلميح ، تم تجميع ما يسمى "القائمة" ، وهو برنامج لإيجاد الحلول الممكنة. توقف تشغيل "القائمة" عن طريق التوقفات باستخدام الحلول المرشحة ، والتي تم التحقق منها بعد ذلك. عادة ، كانت هناك العديد من التوقفات مع القرارات الخاطئة قبل العثور على القرار الصحيح.

أعاد أحد الهواة من نيوزيلندا صنع القنبلة. سيكون أكثر دقة أن نقول أنه أعاد محاكاة المحاكي لواحد من 26 كتلة آلة فك التشفير. الجهاز الذي تم إنشاؤه مضغوط - يمكن وضعه على الطاولة. يتم إجراء الحسابات على Raspberry Pi 2. لا يخفي الجهاز هذا: يتم عرض النتيجة حتى نهاية حركة الدوارات. ثلاث براميل من نفس اللون (في الأصل كانت تحتوي على ألوان خاصة للمهمة التي سيتم تنفيذها) تدور بحتة للحصول على تأثير تجميلي. لكنهم يفعلون ذلك بشكل مقنع وبنفس سرعة النسخة الأصلية. العملية جميلة للمشاهدة.


يبدأ الفيديو "القائمة" ذاتها بتقرير عن الطقس ، تم استخدامه لتوضيح "القنبلة" الحقيقية. من السهل فهم السبب: إنه واضح.

ساعد المشروع قائد الفريق لإنشاء نسخة طبق الأصل كاملة من جون هاربر والعديد من الخبراء الآخرين. قبل ذلك ، ابتكر الهواة ساعة قنبلة - نسخة تعمل بكامل طاقتها من آلة القرصنة Enigma ، والتي يمكن ارتداؤها على المعصم.



داخل قنبلة سطح المكتب ، هناك لوحة Raspeberry Pi 2 ، Arduino ، وبطارية حمض الرصاص 12 فولت و الفولتميتر. يستهلك المحاكي الكثير من الطاقة ويسحب 1.5-2 أمبير لكل منهما بسهولة. في البداية ، تم كتابة برنامج العمل في Basic ، ولكن في وقت لاحق تم نقله إلى C ++. يتصل Raspberry Pi 2 بـ Arduino ويتحكم في ثلاثة محركات متدرجة. يخبر أردوينو Raspeberry Pi 2 عن موضع المحركات كسلسلة من النبضات بحيث يمكن إيقافها في الوقت المناسب. يوجد على الجانب شاشة كريستالية سائلة تلعب دور المؤشر الميكانيكي لـ "القنبلة" الأصلية. توجد أزرار البداية والمقاطعة في المقدمة مثل عينة حقيقية.



العلبة مصنوعة من الفولاذ بسمك 0.8 مم ، والبراميل بمقياس 3/4 - من العلب العادية. جميع أجزاء الجهاز مصنوعة يدويًا. الوزن حوالي 10 كيلوغرامات. يتم تحميل الملفات من "القائمة" من محرك أقراص فلاش ، والذي يمكن إدراجه من خلال فتح الغطاء في الخلف. أيضا على الجانب يوجد منفذ شبكة لرصد المحاكي ، يتم إغلاقه بواسطة غطاء. في التشغيل ، الجهاز صاخب مع المحركات ، حتى إذا كان لا يمكن مقارنة الحجم بضجيج "قنبلة" حقيقية .

يعد المؤلف بنشر شفرة المصدر لبرنامج الجهاز ، على الرغم من أنه بدون الأجهزة الموجودة في نسخة واحدة ، لا يوجد شيء لتشغيله. يبقى أن تتمنى للمؤلف عدم إحضار ابتكاره إلى المدرسة ، والأكثر من ذلك عدم توضيح ما هو عليه عند الاعتقال.

صفحة المشروع مع الصور
تورينج على الإنترنت محاكاة القنابل

Source: https://habr.com/ru/post/ar384917/