Máquina de cifra de rotores

A máquina de cifra de rotores cifra cada letra fazendo passar uma corrente elétrica por discos com ligações internas, os rotores, que rodam depois de cada tecla premida, pelo que o alfabeto de substituição muda de uma letra para a seguinte. Dois oficiais da marinha neerlandesa mandaram construir uma nas Índias Orientais Neerlandesas em 1915; a Enigma alemã é a sua descendente mais conhecida.

O que é

Uma máquina de cifra de rotores é um aparelho eletromecânico para cifras de substituição. Quando se prime uma tecla, uma série de discos com ligações internas, os rotores, roda primeiro um passo. Depois, uma corrente parte do teclado, atravessa os rotores e acende uma lâmpada ou imprime uma letra: a letra cifrada. Como os rotores voltam a mexer-se antes de cada letra, cada tecla segue outro caminho e usa outro alfabeto. Uma mensagem de mil letras pode assim ser cifrada com centenas de alfabetos diferentes sem que o operador faça mais do que escrever.

As máquinas dos anos 1930 hoje mais conhecidas, como a Enigma alemã, eram uma caixa de madeira com uma pilha, um teclado de 26 teclas e um painel de 26 lâmpadas. Atrás das lâmpadas havia três rotores lado a lado num mesmo eixo, entre uma roda de entrada fixa e um refletor fixo. As versões militares acrescentavam à frente um painel de ligações. O operador escrevia a mensagem, as letras que se acendiam eram anotadas uma a uma, e o texto cifrado seguia por rádio.

Como funciona

Cada fio dentro do rotor liga um contacto de uma face a um contacto noutra posição da outra face.

Um rotor é um disco de material isolante com 26 contactos igualmente espaçados em cada face. No interior, cada contacto de uma face está ligado por um fio a um contacto da outra, por uma ordem baralhada. Uma corrente que entra na posição do A pode sair na do R, uma que entra no B sair no F, e assim por diante. Sozinho, um rotor é um alfabeto baralhado fixo, parecido com a coroa interior de um disco de cifra. Rodá-lo um passo desloca todos os seus fios um contacto e dá outro alfabeto.

O rotor da direita avança um passo sempre que se prime uma tecla, antes de a corrente passar. Na disposição mais simples, um entalhe no seu bordo faz avançar um passo o rotor seguinte uma vez por volta, como as rodas de um conta-quilómetros. Um só rotor repete então a sua série de alfabetos ao fim de 26 letras, dois rotores ao fim de 26 × 26 = 676 e três ao fim de 17 576. As linguetas da Enigma funcionam de modo um pouco diferente: quando o rotor do meio chega ao seu próprio entalhe, volta a avançar na tecla seguinte, juntamente com o rotor da esquerda. Por causa deste passo duplo, a Enigma de três rotores repete-se ao fim de 16 900 letras. Cada rotor tem ainda um anel que pode ser posto em 26 posições em relação às suas ligações, o que muda o momento em que o entalhe atua.

Na Enigma, a corrente sai do último rotor e entra no refletor, um disco fixo que liga os seus contactos aos pares. Este devolve a corrente através dos três rotores por outro caminho até uma lâmpada. Graças a esta disposição, decifra-se com exatamente o mesmo acerto usado para cifrar: ao escrever o texto cifrado, obtém-se de novo o texto claro. Daqui resulta também que nenhuma letra pode alguma vez ser cifrada como ela própria, um defeito que os criptanalistas britânicos usavam para pôr à prova as suas hipóteses.

O painel de ligações fica entre o teclado e a roda de entrada. Cada cabo liga duas tomadas e troca duas letras antes de a corrente entrar nos rotores e outra vez quando sai deles. Em tempo de guerra ligavam-se cerca de dez cabos. A chave do dia fixava quais os rotores usados e por que ordem, a posição dos seus anéis, a posição de partida de cada rotor e os pares ligados. Remetente e destinatário acertavam as suas máquinas da mesma maneira a partir da mesma folha de chaves.

Como fazer

Os rotores desenrolados em tiras de papel: deslizar uma tira uma linha equivale a rodar o rotor um passo.

Um modelo de papel mostra todo o caminho da corrente sem eletricidade. Cada rotor passa a ser uma tira de papel com 52 linhas de 5 mm, dividida em duas colunas. Na coluna da esquerda, escreva duas vezes o alfabeto de A a Z. Na da direita, escreva um alfabeto baralhado, obtido tirando 26 letras de um copo, e depois copie por baixo, uma segunda vez, a mesma ordem baralhada. Faça três tiras, cada uma com a sua ordem baralhada, e marque em cada uma uma linha que servirá de entalhe.

Cole duas tiras fixas de 26 linhas numa folha de cartão, uma no bordo direito e outra no esquerdo, deixando entre elas espaço para as três tiras deslizantes. Escreva de A a Z na tira da direita: representa ao mesmo tempo o teclado e as lâmpadas. A tira da esquerda é o refletor: escreva nela de A a Z e, ao lado de cada letra, o seu par dentro de 13 pares escolhidos ao acaso, por exemplo A com Q e Q com A. Prenda as tiras deslizantes com passadores de papel para que subam e desçam, e trace uma linha acima e outra abaixo das tiras fixas para marcar a janela de 26 linhas.

Para cifrar uma letra, suba primeiro uma linha a tira do rotor da direita. Procure a letra na tira do teclado e siga a sua linha para a esquerda até à coluna da direita da primeira tira. Leia a letra que lá está, procure a mesma letra na coluna da esquerda dessa tira, dentro da janela, e siga essa nova linha para a esquerda até à tira seguinte. Repita através das três tiras até ao refletor, passe para a linha da letra do par e volte para a direita da mesma maneira, lendo agora a letra da coluna da esquerda, procurando-a na coluna da direita e saindo dessa linha. A linha onde chegar na tira do teclado dá a letra cifrada. Quando a linha do entalhe de uma tira passar a linha de cima, suba também uma linha a tira seguinte, e quando uma tira tiver subido 26 linhas, volte a pô-la na posição inicial. Com um modelo idêntico acertado nas mesmas linhas de partida, o texto cifrado volta a ser texto claro. Corte as tiras com uma tesoura, ou com um x-ato sobre uma base de corte, com a lâmina a afastar-se dos dedos.

História e evolução

A mais antiga máquina de rotores com construção comprovada foi obra de dois tenentes da marinha neerlandesa, Theo van Hengel e Rudolf Spengler, no departamento da Marinha das Índias Orientais Neerlandesas. Começaram no início de 1915, e a meio desse ano o oficial W. K. Maurits construiu um segundo exemplar a bordo do navio-almirante De Zeven Provinciën. O historiador Karl de Leeuw, que reconstituiu a história a partir dos arquivos e a publicou em 2003, considera provável que as máquinas tenham continuado ao serviço da esquadra até ao armistício de novembro de 1918. Em 1919, o ministro da Marinha agradeceu aos dois oficiais uma «máquina de escrever cifradora com rodas de código», mas não chegaram a acordo com ele sobre a propriedade da invenção e nunca obtiveram uma patente. Não se conservam as máquinas nem os desenhos.

Edward Hebern nos Estados Unidos e Arthur Scherbius na Alemanha chegaram à mesma ideia cada um por si. Hebern construiu um primeiro protótipo em 1917, e Scherbius pediu uma patente a 23 de fevereiro de 1918. Em outubro de 1919, Arvid Damm registou uma patente na Suécia e Hugo Koch outra nos Países Baixos; segundo de Leeuw, Koch terá provavelmente tido conhecimento do projeto neerlandês através do cunhado, sócio do escritório de patentes a que os dois oficiais tinham recorrido. A empresa de Scherbius vendeu a sua máquina às empresas com o nome de Enigma a partir de 1923. Em meados dos anos 1920, Willi Korn, um colega de Scherbius, acrescentou o refletor aos modelos de lâmpadas. O exército alemão adotou a máquina no final dessa década e acrescentou-lhe o painel de ligações.

A partir de 1940, bombas eletromecânicas procuravam os acertos do dia.

No final de 1932, o matemático polaco Marian Rejewski deduziu as ligações dos rotores da Enigma do exército, e o Gabinete de Cifra polaco construiu cópias da máquina. A 25 e 26 de julho de 1939, cinco semanas antes do início da guerra, os polacos mostraram os seus métodos e as suas cópias a criptanalistas franceses e britânicos em Pyry, perto de Varsóvia, e prometeram uma máquina a cada país. Em Bletchley Park, os britânicos continuaram esse trabalho e, a partir de 1940, bombas eletromecânicas procuravam os acertos do dia.

A SIGABA americana, usada pelo exército e pela marinha, fazia avançar os seus cinco rotores de cifra por meio de outras duas filas de cinco rotores, e não se lhe conhece nenhuma decifração durante a guerra. Manteve-se em serviço até aos anos 1950, quando deu lugar a novas máquinas de rotores.