EnigmaPi

エニグマとは -歴史-
• 第２次世界大戦時にナチスドイツが使用した暗号機
• 当時世界最先端の装置
(後に大戦中に連合軍によって解読された)
余談
• エニグマで暗号化して無線通信をすることで，
Uボートは効果的に作戦を行うことができた
• 「計算機科学の父」Alan Turingも解読に携わった

前提: 換字式暗号について
単一換字式暗号
• 平文の文字に対して，必ず同じ暗号文の文字に変換される
• アルファベット1文字に対して暗号文字は1つ
→ 頻度分析によって解読
A B C D E
・・・
V W X Y Z
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
E D S A V C L M H U

エニグマの各部パーツ
• ローター
• キー・ランプ(入出力)
• プラグボード
画像出典: Bob Lord - German Enigma Machine by en:User:Matt Crypto
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=258976

エニグマ -特徴プラグボード-
使い方
3-10個の文字のペアを作ってケーブルで繋ぐ
目的
プラグの両端に対応する文字を入れ替える
→3.5×106以上の鍵規約数を実現

エニグマ -特徴ローター-
役割
• 単文字換字表として動作する
ローター3枚で105,456通り
動作
• ①のローターは1文字入力されるごとに1文字分ずれる
• ②のローターは①のローターが1回転すると1文字分ずれる
• ③のローターは②のローターが1回転すると1文字分ずれる
→Aを入力し続けても，17576回入力しないと
同一文字にならない = 頻度分析対策
画像出典: Enigma_rotor_set by Wapcaplet
①
②
③

エニグマ -特徴リフレクター-
役割
• 反転ローターとも呼ばれるが，回転しない
• ローターを通った信号を再びローターに返す
• 暗号化と復号が同じ手順で可能

エニグマとは –機構-
A
B
C
E
D
キー/ライトプラグボードローター x3 リフレクター

エニグマ -設定-
• ローター配列 (どのローターをどの順で使用するか)
• ローター位置 (1文字目をローターのどこで始めるか)
• プラグボードの組み合わせ
• (日鍵 / 通信鍵)
これらの主に3つの要素の設定で暗号・復号を行う
→本体が盗まれても設定がわからなければ解読が難しい

エニグマの再現
電気機械としてすべてを再現するのはハードルが高い
(技術，コスト)
エニグマをモダンに再実装する
→暗号化の処理はソフトウェアで実装
→入出力は実際に物理ボタンや液晶等で実装
その他の動機
• ソフトウェアの実装だけでは面白くない
• 見た目も凝りたい!(電子工作に挑戦)

対比
ランプ(出力)
ローター
キー
プラグボード
エニグマエニグマ

エニグマの再現 -プラグボード-
実装
• 処理途中で変化しないことから，
最初に状態を読み取り記憶しておく
処理順序
• 1つのピンに信号を送信
• 他のすべてのピンの入力を確認
• 入力がある場合接続されているとみなす
(これをA-Zの分だけ繰り返す)
A B C D E
出力入力を確認
AとEをつないだ場合

エニグマの再現 -ローター-
パーツ
• ロータリースイッチで指定
• 3つのスイッチはそれぞれ5通り選択可能
(5枚のローターから3枚選んで並べる動作を簡略化)

エニグマの再現 -入力-
パーツ
タクトスイッチ + キーキャップ(3Dプリンターで作成)
特徴
• キー配列はオリジナル準拠(QWERTZ配列)+Enterキー

エニグマの再現 -出力-
• LCDキャラクタディスプレイモジュール (SC1602)
• エラー・ステータス・処理結果を表示

エニグマの再現 -外見-
• 3Dプリンターで作成したパーツと木材を使用

エニグマの再現 -処理-
環境
• Raspberry Pi Zero WH
• Raspberry Pi OS Lite
• Python 3.8

エニグマの再現 -処理-
暗号技術入門(結城浩著)等を読みつつ設計
換字表
• ローターごとにシードを固定してランダム生成
設定
• プラグボードやローターは状態を記憶→処理

エニグマの再現 -デモ-

リンク集
Twitter: @seigo2018
GitHub : seigo2016
Portfolio: https://seigo2016.com

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