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