Máquina ENIGMA

Máquina ENIGMA conservada en el Museo de la Academia de Ingenieros

Fig. 1a: Máquina Enigma expuesta en el Museo de la Academia de Ingenieros del Ejército de Hoyo de Manzanares

Fig. 1b: Máquina Enigma expuesta en el Museo de la Academia de Ingenieros del Ejército de Hoyo de Manzanares

La Enigma es una máquina que permite encriptar mensajes, muy popular por su facilidad de uso y su papel fundamental como medio de cifrado de las comunicaciones nazis durante la Segunda Guerra Mundial. Consta de un teclado, en el que pulsamos la letra que queremos codificar, y un panel, donde se ilumina la letra por la que ésta se codifica. Es decir, la Enigma encripta letra por letra nuestro mensaje. Su innovación radica en que la clave de cifrado cambia cada vez que pulsamos una tecla, imposibilitando el descifrado del mensaje mediante métodos clásicos como el análisis de frecuencias.

La Enigma resulta cómoda de usar porque la misma máquina sirve tanto para cifrar como para descifrar mensajes (siempre y cuando se conozca la configuración de partida de la misma).

Desde su presentación en los años 20 (del siglo pasado), se fabricaron numerosas variantes de la Enigma, tanto comerciales como militares. La máquina expuesta en la Academia de Ingenieros del Ejército de Hoyo de Manzanares es una Enigma K (comercial, con tres rotores, un reflector y sin plugboard), muy probablemente facilitada por Alemania al bando sublevado entre el inicio de la Guerra Civil y el fin de la Segunda Guerra Mundial.

Funcionamiento

Fig. 2: Esquema de un rotor incluido en The Prof’s Book de Alan Turing, matemático británico líder de un equipo que descifraba mensajes encriptados con Enigma durante la Segunda Guerra Mundial

Para descifrar un mensaje codificado con una Enigma, necesitamos conocer el estado inicial de sus rotores, así como el tipo de rotor empleado y las conexiones realizadas en el plugboard (cuya relevancia se comenta en el apartado Estados posibles de la Enigma), del cual carece la Enigma K. Vamos a tomar el caso concreto de esta máquina, que tiene 3 rotores y un reflector.

Su funcionamiento es mecánico y se basa en el giro de los rotores. Éstos son cilindros dentados con 26 posiciones (cada una asociada a una letra) y con un cableado interno determinado, que sirve para vincular la letra de entrada a una letra distinta de salida.

Fig. 3: Esquema del recorrido de la corriente eléctrica a través de una configuración de rotores determinada. La corriente vuelve al rotor original por un camino distinto gracias al elemento de la izquierda, llamado reflector. Figura de The Prof’s Book, de Alan Turing. Este esquema no se corresponde con el modelo K de la Enigma, ya que se representa una máquina con 4 rotores, mientras que la Enigma K tiene 3 rotores (y un reflector modificable)

Para conocer la clave de la Enigma, por tanto, nos basta con saber los tipos de rotor empleados y las 4 letras visibles (ver Fig. 4), que indican su posición de partida. Por tanto, podríamos usar claves como HOYO o WIKI, aunque no serían una buena elección porque son fáciles de adivinar.

Cada vez que se pulsa una tecla, la disposición de los rotores cambia, alterándose así la clave de cifrado. La rotación es ordenada: el primer rotor gira con cada pulsación; el segundo, con cada vuelta completa del primero (es decir, cada 26 pulsaciones); el tercero, con cada vuelta completa del segundo (cada 26*26=676 pulsaciones),...

Fig. 4a: la Enigma K expuesta en el Museo de la Academia de Ingenieros

Conectado al último rotor se encuentra el reflector (a la derecha en la Fig. 3), que provoca que la corriente vuelva a atravesar los tres rotores por un camino distinto, capacitando a la máquina Enigma para encriptar y desencriptar mensajes sin tener que cambiar de configuración. Obsérvese en la Fig. 3 que, si cambiásemos el sentido de la corriente continua, ésta recorrería el mismo camino pero al revés; ya que la Enigma establece relaciones entre pares de letras. Por ejemplo, si la W codifica a la I, la I codificará a la W (es decir, si pulsamos la I se ilumina la W y si pulsamos la W se iluminará la I, siempre que no cambiemos la clave).

Por tanto, el único papel que juega la electricidad en la máquina Enigma es la de recorrer el circuito que va desde la letra pulsada a la que se ilumina en el panel (la letra iluminada es la que codifica a la pulsada), pasando por el cableado interno de los rotores y el reflector.

Fig. 4b: Enigma I exhibida en el museo de Bletchley Park. Se aprecian dos diferencias: la ausencia de plugboard de la Enigma K y la posibilidad de configurar solo 3 rotores en la Enigma I (mientras que en la Enigma K vemos cuatro ruedas dentadas: tres de los rotores y una del reflector)

Finalmente, en los modelos estándar de la Enigma (I y M), la corriente eléctrica pasa por un entramado de 10 conexiones que reasignan las letras a iluminarse, llamado plugboard por los británicos y steckerbrett por los alemanes. Estos cables deben estar configurados igual en la Enigma que encripta el mensaje y en la que lo desencripta (siendo necesario, por tanto, conocer el cableado del plugboard  además de los rotores utilizados y su posición para poder descodificar un mensaje). El papel del plugboard es simple: si conectamos la letra A a la Z, será esta última la que se ilumine en el panel en lugar de la primera.

La potencia de la Enigma se basa en la combinación de la mencionada “contraseña” que cambia con cada carácter pulsado (gracias a los rotores) y un plugboard que multiplica por 150 billones los estados posibles de la máquina. La ausencia del primer aspecto repercutiría en códigos fácilmente descifrables por análisis de frecuencia, y la del segundo conllevaría un descifrado mucho más sencillo por fuerza bruta e ingenio (como hizo la inteligencia británica con las Enigma K, que descifraron sin gran dificultad: el hueso duro de roer eran las Enigmas I y M).

Adicionalmente, es posible girar el cableado interno de los rotores, de manera que el mismo rotor puede tener 26 modos de cifrado distintos, según el ajuste de su anillo al cableado interno (ring setting en inglés o ringstellung en alemán).

La Enigma es sólo una máquina de cifrado, por lo que los mensajes debían ser enviados una vez encriptados por algún medio convencional. Normalmente, se transmitían en código Morse por radio, un medio muy práctico por no requerir una infraestructura previa como el telégrafo, pero legible por cualquiera. De ahí la importancia de emplear un cifrado potente, para que sólo el receptor (que comparte un libro de contraseñas con el emisor) pudiera entender un mensaje que se enviaba públicamente.

Hay varios simuladores online muy útiles para comprender el funcionamiento de la máquina, entre los que destacan el emulador de la Enigma M3 de 101computing (especialmente interesante porque muestra el proceso paso por paso) y el de Cryptii (que simula numerosas versiones de la máquina, incluyendo el modelo K).

Breve historia de la máquina Enigma

La Enigma tiene su origen en 1918, cuando el ingeniero alemán Arthur Scherbius patentó la primera versión de la máquina, presentándola al público cinco años después.

Pero la Enigma I, la más popular, fue desarrollada para el ejército alemán a principios de los años 30. Este modelo incluía el plugboard, elemento fundamental para dificultar el desencriptado de los mensajes. Alemania desarrolló numerosas versiones de la Enigma en los años posteriores, siendo la más potente la Enigma M4, construida durante la Segunda Guerra Mundial.

Identificación del tipo de Enigma en el Museo de Ingenieros del Ejército

Fig. 5a: Enigma estándar (modelo I) expuesta en el museo de Bletchley Park en Reino Unido

Fig. 5b: Enigma modelo K del Museo de la Academia de Ingenieros de Hoyo de Manzanares

El número de serie de la Enigma expuesta en la Academia de Ingenieros del Ejército es K 726. Por tanto, su modelo es K y no se trata de la Enigma estándar (modelo I), sino de una versión menos sofisticada, sin plugboard (el panel de enchufes frontal que aumenta enormemente la potencia del cifrado, que se aprecia en la Enigma de la derecha de la Fig. 5 y en la Fig. 4). Es un modelo prácticamente igual a la Enigma D de 1926, destinado a su venta a otros países. 

Sabemos que no es una de las 10 primeras Enigma facilitadas por los nazis al bando sublevado, ya que no aparece en la lista del trabajo de Fuensanta y otros en el artículo Spanish Enigma: A History of the Enigma in Spain.

Algunas de las máquinas Enigma suministradas a España e Italia en esas fechas tienen un número de serie que empieza por A a pesar de ser un modelo K: hasta 1936 se usaba la letra A en lugar de la K para los modelos K. Todas las máquinas Enigma facilitadas a España en 1936 y 1937 (de las que constan registros) tienen números de serie que empiezan por A 12 o K 2 (de acuerdo con la fuente citada ).

No parece haber sido usada durante la Guerra Civil ni, según la misma fuente , forma parte de las empleadas por las embajadas españolas.

Se emplearon Enigmas en las comunicaciones con la División Azul, descifradas por los británicos por carecer plugboard y gracias a la mala elección de claves por parte de los usuarios españoles (que emplearon nombres de ríos, provincias y países, contraseñas fáciles de adivinar).

Estados posibles de la Enigma

Fig. 5a: Detalle del plugboard de la Enigma estándar (modelo I) expuesta en el museo de Bletchley Park en Reino Unido

Los cálculos pueden cambiar según las características concretas de cada máquina (número de rotores y reflectores disponibles, ausencia de plugboard,...).

Enigma K:

$26^{4}\cdot 3!\cdot 2=5\,483\,712\approx 5.5\times 10^{6}$ estados posibles.

Que es el producto de las posiciones iniciales de los 3 rotores y el reflector, las permutaciones posibles de los rotores y la elección de uno de los dos reflectores disponibles.

Enigma I:

$26^{3}\cdot 60\cdot 150\,738\,274\,937\,250\approx 1.6\times 10^{20}$ estados posibles.

Resultado de multiplicar las posiciones iniciales posibles de los 3 rotores (el reflector es fijo), las variaciones sin repetición de 5 rotores tomados de 3 en 3 y los cambios posibles en el plugboard.

Por simplicidad, no se ha tenido en cuenta la posibilidad de cambiar el cableado interno de cada rotor (ringstellung), que puede fijarse en 26 posiciones distintas (una por cada letra). Este ajuste más fino, por lo tanto, multiplicaría por 26 el número de estados posibles de cada rotor.

Es decir, la Enigma I tiene aproximadamente 29 billones de veces más estados que la Enigma K.

_{Los textos base del presente artículo y de todos los que de él se generan son los recogidos en las diferentes páginas oficiales del Ministerio de Defensa del Gobierno de España indicadas en el epígrafe Referencias. Son citados en esta enciclopedia digital gracias a la cortesía y permiso de la Dirección de la Academia de Ingenieros y del Departamento de Comunicación del Ejército de Tierra.}

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