books enigma machine usage procedure

في الاستعمال الألماني العادي، قسمت الاتصالات إلى عدد من الشكبات العاملة المختلفة، ولكل منها إعدادات مختلفة لآلة إنجما. سميت شبكات الاتصالات هذه بالمصطلح مفتاح في حديقة بلتشلي، وأعطيت اسم رمز مثل، أحمر، وعصفور، وقرش. أعطيت كل من هذه الوحدات العاملة على الشبكات، قائمة إعدادات لآلة إنجما لفترة من الزمن. ولكي تعمى رسالة وتُفك تعميتها بشكل صحيح، يجب على كل من المرسل والمستقبل أن يعد آلته بنفس الطريقة، كاختيار الدوّار وترتيب الاختبار، موقع البداية، وتوصيلات لوحة المآخذ. جميع هذه الإعدادات (مع بعضها تسمى المفتاح في المصطلح الحديث) يجب أن توضع مسبقًا، وتوزع في كتاب الرموز.

إن الحالة الأولية لآلة إنجما، المفتاح، لها عدة سمات:

• نظام الدوّارات (بالألمانية: Walzenlage): اختيار الدوّارات وترتيبها عند تركيبها.
• الوضع الأولي للدوّارات: يختارها المشغل، وهو مختلف لكل رسالة.
• إعداد الحلقات (بالألمانية: Ringstellung): موضع الحلقات الأبجدية نسبة إلى توصيل الدوّارات.
• إعداد المآخذ (بالألمانية: Steckerverbindungen): توصيل المآخذ في لوحة المآخذ.
• توصيل العاكس القابل للإعداد في النسخ المتأخرة.

لقد صممت آلة إنجما لتكون موثوقة حتى لو عُرف توصيل الدوّارات من قبل العدو، بالرغم من الجهود العملية المعتبرة لحفظ سر التوصيل. إذا كان التوصيل سريًا، فإن العدد الكلي للإعدادات المحتملة يتجاوز 10¹¹⁴أي حوالي 380 بت، وبمعرفة التوصيل وشروط التشغيل الأخرى، يمكن تخفيضه إلى 10²³ أي 76 بت. إن مستخدمي إنجما كانوا واثقين من وثوقيتها بسبب العدد الهائل من الاحتمالات، وقد كان من غير الملائم للعدو أن يحاول كل احتمالية للإعدادات بطريقة بروته فورس.

المؤشرات

كانت معظم المفاتيح تترك ثابتة لفترة من الزمن، تُقدر عادةً بيوم. وبجميع الأحوال، كان يتم اختيار وضع جديد مختلف لكل دوّار ولكل رسالة، وهو مبدأ مشابه لمبدأ استهلال المتجهات (بالإنجليزية: Initialization vector)‏، في التعمية الحديثة، لأنه بحال أرسلت عدة رسائل معماة بنفس الإعدادات أو بإعدادات قريبة لها، فإن محلل التعمية، مع توفر عدة رسائل مطولة وتتكلم في عمق الموضوع، قد يكون قادرًا على فك الرسائل باستخدام تحليل التردد. يتم إرسال موضع البداية مباشرة قبل النص المعمى. يُشار إلى الطريقة الصحيحة المستخدمة بإجراء المؤشر، وقد سمحت إجراءات المؤشر الضعيفة بكسر تعمية الإنجما.

إن أول من استخدم إجراءات المؤشر هم محللو التعمية البولنديون ليخترقوا بشكل أولي آلة إنجما. وكان الإجراء يتمثل بإعداد المشغل آلته بالتوافق مع قائمة الإعدادات التي تتضمن موضعا مبدئيا عاما للدوّارات، وليكن مثلاً AOH. يدير المشغل الدوّارات حتى ظهور AOH ضمن نوافذ الدوّارات. وعندها يختار المشغل موضع البداية العشوائي لتلك الرسالة الخاصة. قد يختار المشغل EIN، وتصبح هذه إعدادات الرسالة لمقطع التعملية ذاك. ثم يبدأ المشغل بطباعة EIN على الآلة، مرتين، ليتحقق من أخطاء التحويل. تكون النتائج هي مؤشر معمّى، EIN مكتوبة مرتين قد تتحول إلى XHTLOA، التي تنتقل مع الرسالة. وأخيرًا، يدير المشغل الدوّارات إلى إعدادته للرسالة، EIN في هذا المثال، ويطبع نص الرسالة كاملاً.

تنعكس العملية عند الطرف المستلم. يعد المشغل الآلة بحسب الإعداد الأولي ويطبع الحروف الستة الأولى من الرسالة (XHTLOA). في هذا المثال، EINEIN تنتج عن المصابيح، يعيد تحريك الدوّارات إلى EIN، ثم يطبع المشغل كامل الرسالة لتنفك الرسالة المعماة.

أتى الضعف في نظام المؤشرات من عاملين: الأول، استخدام إعدادات عامة أساسية (بالإنجليزية: Global ground setting)‏، وهو ما تم تغييره بحيث أصبح المشغل يختار الموضع الأولي لتعمية المؤشر، ويرسل الوضع الأولي بشكل صريح. الثاني، هو تكرار المؤشرات الذي شكّل شرخًا خطيرًا في وثوقية العملية. كانت تعمية إعدادات الرسالة تكرر مرتين، مما يعطي علاقة في تحويل الحرفين الأول والرابع، وفي تحويل الحرفين الثاني والخامس، وفي تحويل الحرفين الثالث والسادس. مكّنت هذه المشكلة في الوثوقية مكتب التعمية البولندية من اختراق نظام إنجما قبل الحرب الحرب العالمية الثانية في بدايات سنة 1932. لذا أقدم الألمان، بدءًا من عام 1940، على تغيير الإجراءات لزيادة السريّة.

استخدم كتاب الرموز خلال الحرب العالمية الثانية لإعداد الدوّارات والحلقات. يختار المشغل لكل رسالة موضعا مبدئيا عشوائيا، وليكن WZA، مفتاحًا عشوائيًا للرسالة، وليكن SXT. يحرك المشغل الدوارات ليضبطها على موضع البداية WZA ويعمي مفتاح الرسالة SXT. لنفترض النتيجة هي UHL. ثم يعد مفتاح الرسالة SXT كموضع أولي ويعمي الرسالة. بعدها، يحول موضع البداية WZA، ومفتاح الرسالة المعمى UHL، ثم النص المعمى. يقوم المستلم بإعداد موضع البداية وفق أول مقطع رمزي، WZA، ويفك تعمية المقطع الثاني، UHL، للحصول على إعدادات الرسالة SXT. بعدها يستخدم إعداد الرسالة هذا SXT كموضع أولي لفك تعمية الرسالة. بهذه الطريقة، كانت الإعدادات الأساسية مختلفة وأوقفت الإجراءات السابقة الشرخ في وثوقية إعدادات الرسالة المعماة مرتين.

استخدم هذا الإجراء من قبل فيرماخت وسلاح الجو فقط. أما إجراءات القوات البحرية لإرسال الرسالة باستخدام آلة إنجما فكانت أكثر تعقيدًا، ومدروسة بشكل أكبر. قبل تعمية الرسالة باستخدام آلة إنجما، كانت الرسالة تعمى باستخدام كتاب رموز (بالألمانية: Kurzsignalheft). حوى هذا الكتاب جداول لتحويل الجمل إلى أربع مجموعات رباعية من الحروف والعديد من الجمل المنتقاة، مثل المسائل اللوجستية كالتزود بالوقود، والمواعيد مع سفن المؤونة، وأسماء المرافئ والبلدان والأسلحة وظروف الطقس ومواقع العدو وسفنه، وجداول الأوقات والتواريخ. ويوجد كتاب رموز آخر يتضمن تعريف المفتاح (بالألمانية: Kenngruppen) ومفتاح الرسالة (بالألمانية: Spruchschlüssel).

الاختصارات وعلامات الترقيم

استخدمت آلة إنجما الحربية 26 حرفًا أبجديًا فقط. واستبدلت الإشارات بمجموعة من الرموز النادرة، وتم إهمال الفراغات أو استبدالها بحرف X، حيث كانت X تشير إلى الفراغ أو النقطة. اختلفت بعض الإشارات في القطع الأخرى من الجيش، حيث استبدل جيش الدفاع الفاصلة بحرفيّ ZZ وإشارة الاستفهام بعبارة "FRAGE" أو "FRAQ"، واستبدلت القوات البحرية الفاصلة بحرف Y، وإشارة الاستفهام بإشارة UD، كذلك استبدلت التركيبة CH، كما في كلمة "Acht" أي ثمانية، وكلمة "Richtung" أي اتجاه، استبدلت بحرف Q فأصبحت "AQT,RIQTUNG"، واستبدل الصفران أو الثلاثة أو الأربعة أصفار بعبارات Centa، MILLE، MYRIA.

كان جيش الدفاع وسلاح الجو يرسلون الرسائل في مجموعات من 5 حروف، بينما كانت القوات البحرية، وباستخدام آلة إنجما ذات الأربع دوّارات، ترسل الرسائل في مجموعات من أربع حروف. وكانت الكلمات المستخدمة بشكل متكرر ينبغي أن تتغير قدر الإمكان، فكلمات مثل "Minensuchboot" بمعنى كاسحة ألغام يمكن أن تكتب "MINENSUCHBOOT، أو MINBOOT، أو MMMBOOT، أو MMM354". ولجعل تحليل التعمية أصعب، فقد تم إلغاء أكثر من 250 حرفًا في الرسالة الواحدة. قسمت الرسائل الطويلة إلى عدة أجزاء، لكل منها مفتاح رسالة خاص به.