Macchina cifrante a rotori

La macchina cifrante a rotori cifra ogni lettera facendo passare una corrente elettrica attraverso dischi cablati, i rotori, che girano dopo ogni battuta, così l’alfabeto di sostituzione cambia da una lettera all’altra. Due ufficiali della marina olandese ne fecero costruire una nelle Indie orientali olandesi nel 1915; l’Enigma tedesca è la sua discendente più nota.

Che cos’è

Una macchina cifrante a rotori è un apparecchio elettromeccanico per la cifratura a sostituzione. Quando si preme un tasto, una serie di dischi cablati, i rotori, gira prima di uno scatto. Poi una corrente parte dalla tastiera, attraversa i rotori e accende una lampadina o stampa una lettera: la lettera cifrata. Poiché i rotori si muovono di nuovo prima di ogni lettera, ogni battuta segue un altro percorso e usa un altro alfabeto. Un messaggio di mille lettere può essere cifrato con centinaia di alfabeti diversi senza che l’operatore faccia altro che battere a macchina.

Le macchine degli anni Trenta oggi più note, come l’Enigma tedesca, erano una cassetta di legno con una pila, una tastiera di 26 tasti e un pannello di 26 lampadine. Dietro le lampadine stavano tre rotori affiancati su uno stesso asse, tra una ruota d’ingresso fissa e un riflettore fisso. Le versioni militari aggiungevano sul davanti un pannello di connessioni. L’operatore batteva il messaggio, le lettere che si accendevano venivano annotate una per una e il testo cifrato partiva via radio.

Come funziona

Ogni filo all’interno del rotore collega un contatto di una faccia a un contatto in un’altra posizione sull’altra faccia.

Un rotore è un disco di materiale isolante con 26 contatti equidistanti su ogni faccia. All’interno, ogni contatto di una faccia è collegato da un filo a un contatto dell’altra, in ordine mescolato. Una corrente che entra nella posizione della A può uscire in quella della R, una che entra dalla B uscire dalla F, e così via. Da solo, un rotore è un alfabeto mescolato fisso, simile alla corona interna di un disco cifrante. Girarlo di uno scatto sposta tutti i suoi fili di un contatto e dà un altro alfabeto.

Il rotore di destra avanza di uno scatto a ogni battuta, prima che passi la corrente. Nella disposizione più semplice, una tacca sul suo bordo fa avanzare di uno scatto il rotore successivo una volta per giro, come le rotelle di un contachilometri. Un solo rotore ripete allora la sua serie di alfabeti dopo 26 lettere, due rotori dopo 26 × 26 = 676 e tre dopo 17.576. I nottolini dell’Enigma si comportano in modo un po’ diverso: quando il rotore centrale raggiunge la propria tacca, avanza di nuovo alla battuta successiva, insieme al rotore di sinistra. Per questo doppio passo, l’Enigma a tre rotori si ripete dopo 16.900 lettere. Ogni rotore ha anche un anello regolabile in 26 posizioni rispetto al cablaggio, che sposta il momento in cui interviene la tacca.

Nell’Enigma la corrente esce dall’ultimo rotore ed entra nel riflettore, un disco fisso che collega i suoi contatti a coppie. Questo rimanda la corrente attraverso i tre rotori per un altro percorso fino a una lampadina. Grazie a questa disposizione si decifra con la stessa identica regolazione usata per cifrare: battendo il testo cifrato si ritrova il testo in chiaro. Ne deriva anche che nessuna lettera può mai essere cifrata in sé stessa, un difetto di cui i crittoanalisti britannici si servivano per verificare le loro ipotesi.

Il pannello di connessioni si trova tra la tastiera e la ruota d’ingresso. Ogni cavo collega due prese e scambia due lettere prima che la corrente entri nei rotori e di nuovo quando ne esce. In tempo di guerra si inserivano una decina di cavi. La chiave del giorno stabiliva quali rotori usare e in che ordine, la posizione dei loro anelli, la posizione di partenza di ogni rotore e le coppie collegate. Mittente e destinatario regolavano le loro macchine allo stesso modo in base allo stesso foglio delle chiavi.

Come si fa

I rotori srotolati in strisce di carta: far scorrere una striscia di una riga equivale a girare il rotore di uno scatto.

Un modello di carta mostra tutto il percorso della corrente senza elettricità. Ogni rotore diventa una striscia di carta di 52 righe da 5 mm, divisa in due colonne. Nella colonna di sinistra scrivete due volte l’alfabeto dalla A alla Z. In quella di destra scrivete un alfabeto mescolato, ottenuto estraendo 26 lettere da un bicchiere, e poi ricopiate sotto una seconda volta lo stesso ordine mescolato. Preparate tre strisce, ciascuna con il proprio ordine mescolato, e segnate su ognuna una riga che farà da tacca.

Incollate due strisce fisse di 26 righe su un foglio di cartone, una sul bordo destro e una sul sinistro, lasciando fra loro lo spazio per le tre strisce scorrevoli. Scrivete dalla A alla Z sulla striscia di destra: rappresenta insieme la tastiera e le lampadine. La striscia di sinistra è il riflettore: scriveteci dalla A alla Z e, accanto a ogni lettera, la sua compagna in 13 coppie scelte a caso, per esempio la A con la Q e la Q con la A. Tenete le strisce scorrevoli con passanti di carta perché salgano e scendano, e tracciate una linea sopra e una sotto le strisce fisse per delimitare la finestra di 26 righe.

Per cifrare una lettera, fate prima salire di una riga la striscia del rotore di destra. Trovate la lettera sulla striscia della tastiera e seguite la sua riga verso sinistra fino alla colonna di destra della prima striscia. Leggete la lettera che vi si trova, cercate la stessa lettera nella colonna di sinistra di quella striscia, dentro la finestra, e seguite la nuova riga verso sinistra fino alla striscia successiva. Ripetete attraverso le tre strisce fino al riflettore, passate alla riga della lettera compagna e tornate verso destra allo stesso modo, leggendo stavolta la lettera nella colonna di sinistra, cercandola nella colonna di destra e ripartendo da quella riga. La riga in cui arrivate sulla striscia della tastiera dà la lettera cifrata. Quando la riga della tacca di una striscia supera la linea in alto, fate salire di una riga anche la striscia successiva, e quando una striscia è salita di 26 righe, riportatela alla posizione iniziale. Con un modello identico regolato sulle stesse righe di partenza, il testo cifrato torna in chiaro. Tagliate le strisce con le forbici, oppure con un taglierino su un piano da taglio, con la lama che si allontana dalle dita.

Storia ed evoluzione

La più antica macchina a rotori di cui è attestata la costruzione fu opera di due tenenti di vascello olandesi, Theo van Hengel e Rudolf Spengler, presso il dipartimento della Marina delle Indie orientali olandesi. Cominciarono all’inizio del 1915, e a metà di quell’anno l’ufficiale W. K. Maurits ne costruì un secondo esemplare a bordo della nave ammiraglia De Zeven Provinciën. Lo storico Karl de Leeuw, che ha ricostruito la vicenda dagli archivi e l’ha pubblicata nel 2003, ritiene probabile che le macchine siano rimaste in servizio nella squadra fino all’armistizio del novembre 1918. Nel 1919 il ministro della Marina ringraziò i due ufficiali per una «macchina da scrivere cifrante con ruote in codice», ma essi non riuscirono ad accordarsi con lui sulla proprietà dell’invenzione e non ottennero mai un brevetto. Né le macchine né i disegni si sono conservati.

Edward Hebern negli Stati Uniti e Arthur Scherbius in Germania arrivarono alla stessa idea ciascuno per conto proprio. Hebern costruì un primo prototipo nel 1917, e Scherbius chiese un brevetto il 23 febbraio 1918. Nell’ottobre 1919 Arvid Damm depositò un brevetto in Svezia e Hugo Koch un altro nei Paesi Bassi; secondo de Leeuw, Koch venne probabilmente a sapere del progetto olandese tramite il cognato, socio dello studio brevettuale a cui si erano rivolti i due ufficiali. L’azienda di Scherbius vendette la sua macchina alle imprese con il nome di Enigma dal 1923. A metà degli anni Venti Willi Korn, un collega di Scherbius, aggiunse il riflettore ai modelli a lampadine. L’esercito tedesco adottò la macchina alla fine di quel decennio e vi aggiunse il pannello di connessioni.

Dal 1940 bombe elettromeccaniche cercavano le regolazioni del giorno.

Alla fine del 1932 il matematico polacco Marian Rejewski ricavò il cablaggio dei rotori dell’Enigma dell’esercito, e l’Ufficio cifra polacco costruì copie della macchina. Il 25 e 26 luglio 1939, cinque settimane prima dell’inizio della guerra, i polacchi mostrarono i loro metodi e le loro copie a crittoanalisti francesi e britannici a Pyry, vicino a Varsavia, e promisero una macchina a ciascun paese. A Bletchley Park i britannici proseguirono quel lavoro e, dal 1940, bombe elettromeccaniche cercavano le regolazioni del giorno.

La SIGABA americana, usata dall’esercito e dalla marina, faceva avanzare i suoi cinque rotori di cifratura tramite altre due file di cinque rotori, e non se ne conosce alcuna decifrazione durante la guerra. Rimase in servizio fino agli anni Cinquanta, quando lasciò il posto a nuove macchine a rotori.