آلة إنجما

في حوالي ديسمبر 1932، استخدم ماريان رييفيسكي، عالم الرياضيات ومحلل الشفرات البولندي، أثناء عمله في مكتب الشيفرات البولندي، نظرية التباديل والعيوب في إجراءات تشفير الرسائل العسكرية الألمانية لكسر مفاتيح الرسائل الخاصة بجهاز إنجما للوحة التوصيل. حقق رييفيسكي هذه النتيجة دون معرفة بأسلاك الجهاز، وبالتالي فإن النتيجة لم تسمح للبولنديين بفك تشفير الرسائل الفعلية. حصل الجاسوس الفرنسي هانز ثيلو شميت على إمكانية الوصول إلى مواد التشفير الألمانية التي تضمنت المفاتيح اليومية المستخدمة في سبتمبر وأكتوبر 1932. تضمنت تلك المفاتيح إعدادات لوحة التوصيل. قام الفرنسيون بتمرير المواد إلى البولنديين، واستخدم رييفيسكي بعضًا من تلك المواد وحركة مرور الرسائل في سبتمبر وأكتوبر لحل مشكلة الأسلاك الدوارة غير المعروفة. وبالتالي، تمكن علماء الرياضيات البولنديون من بناء آلات إنجما الخاصة بهم، والتي كانت تسمى إنجما بولندية مزدوجة. حصل رييفيسكي على مساعدة من محللي الشفرات جيرزي روسيكي وهنريك زيغالسكي، وكلاهما تم تجنيدهما مع رييفيسكي من جامعة بوزنان. طور مكتب الشفرات البولندي تقنيات لهزيمة لوحة التوصيل والعثور على جميع مكونات المفتاح اليومي، مما مكّن مكتب التشفير من قراءة رسائل إنجما الألمانية بدءًا من يناير 1933. بمرور الوقت، تحسنت إجراءات التشفير الألمانية، وقام مكتب التشفير بتطوير تقنيات وتصميم أجهزة ميكانيكية لمواصلة قراءة حركة إنجما. كجزء من هذا الجهد، استغل البولنديون المراوغات في الدوارات، وقاموا بتجميع الكتالوجات، وقاموا ببناء مقياس دوران للمساعدة في عمل كتالوج يحتوي على 100000 إدخال، واخترعوا وأنتجوا صفائح مثقبة وصنعوا قنبلة تعمية مشفرة كهروميكانيكية للبحث عن إعدادات الدوار. في عام 1938، أضاف الألمان تعقيدًا إلى آلات إنجما، مما أدى إلى وضع أصبح مكلفًا للغاية بالنسبة للبولنديين. كان لدى البولنديين ستة من هذه القنابل (جمع قنبلة)، ولكن عندما أضاف الألمان اثنين من الدوارات الأخرى، كانت هناك حاجة إلى عشرة أضعاف عدد القنابل، ولم يكن لدى البولنديين الموارد.[8] «لم يكن هناك نمط دقيق فيه يجعل من الصعب كسرها بشكل خاص.»[8]

في 26 و27 يوليو 1939،[9] في بيري بالقرب من وارسو، بدأ البولنديون ممثلين للاستخبارات العسكرية الفرنسية والبريطانية في تقنيات ومعدات فك تشفير الألغاز، بما في ذلك صفائح إنجما والقنبلة المشفرة، وَوُعد كل وفد بإنجما البولندية المُعاد بناؤها. مُثِّلٌت المظاهرة أساسًا حيويًا لمواصلة وجهود البريطانيين اللاحقين.

في سبتمبر 1939، ذهبت البعثة العسكرية البريطانية 4، والتي تضمنت كولين جوبينز وفيرا أتكينز، إلى بولندا لإجلاء مفككي الشفرات جويدو لانجر وماريان ريجوسكي وجيرزي روسيكي وهنريك زيغالسكي من البلاد باستخدام آلاتهم المقلدة إنجما. تم نقل البولنديين عبر الحدود إلى رومانيا الأصلية لأتكينز، في ذلك الوقت كانت دولة محايدة حيث تم اعتقال بعضهم. رتب أتكينز لإطلاق سراحهم والسفر إلى أوروبا الغربية لتقديم المشورة للفرنسيين والبريطانيين، الذين كانوا في ذلك الوقت لا يزالون غير قادرين على فك تشفير الرسائل الألمانية.[10]

كتب جوردون ويلشمان، الذي أصبح رئيسًا للكوخ 6 في بلتشلي بارك: «لم يكن بإمكان ألترا كوخ 6 أن ينطلق من الأرض أبدًا إذا لم نتعلم من البولنديين، في الوقت المناسب، تفاصيل كل من النسخة العسكرية الألمانية لآلة إنجما التجارية وإجراءات التشغيل التي كانت قيد الاستخدام.»[11]

خلال الحرب، فك علماء التشفير البريطانيون عددًا كبيرًا من الرسائل المشفرة على إنجما. كانت المعلومات الاستخباراتية التي تم الحصول عليها من هذا المصدر، والتي أطلق عليها البريطانيون اسم «ألترا»، مساعدة كبيرة لجهود الحلفاء الحربية.[12]

على الرغم من أن إنجما كانت لديها بعض نقاط الضعف في التشفير، إلا أنها من الناحية العملية كانت عيوب إجرائية ألمانية، وأخطاء المشغل، والفشل في إدخال تغييرات منهجية في إجراءات التشفير، والتقاط الحلفاء للجداول والأجهزة الرئيسية التي مكنت خلال الحرب، علماء التشفير الحلفاء من النجاح و«قلبت المد» لصالح الحلفاء.[13][14]

مخطط أسلاك إنجما مع الأسهم والأرقام من 1 إلى 9 يوضح كيف يتدفق التيار من الضغط المنخفض إلى المصباح المضاء. يتم ترميز المفتاح A في المصباح D. ينتج D وA، لكن A لا ينتج عنه أبدًا، كانت هذه الخاصية بسبب ميزة حاصلة على براءة اختراع تنفرد بها شركة إنجما، ويمكن استغلالها بواسطة محللي الشفرات في بعض المواقف.

المسار الكهربي هو طريق لسير التيار. من خلال التلاعب بهذه الظاهرة، تمكنت آلة إنجما من خلط الرسائل.[1] تعمل الأجزاء الميكانيكية من خلال تشكيل دارة كهربائية متغيرة. عند الضغط على المفتاح، يدور دوار واحد أو أكثر على المحور. توجد على جانبي الدوارات سلسلة من التلامسات الكهربائية التي بعد الدوران، تصطف مع جهات الاتصال على الدوارات الأخرى أو الأسلاك الثابتة على أي من طرفي المحور. عندما يتم محاذاة الدوارات بشكل صحيح، يتم توصيل كل مفتاح على لوحة المفاتيح بمسار كهربائي فريد من خلال سلسلة التلامس والأسلاك الداخلية. يتدفق التيار، عادةً من البطارية، عبر المفتاح المضغوط، إلى مجموعة الدوائر المكونة حديثًا والعودة للخارج مرة أخرى، مما يؤدي في النهاية إلى إضاءة مصباح عرض واحد، والذي يُظهر حرف الإخراج. على سبيل المثال، عند تشفير رسالة تبدأ بـANX... سيضغط المشغل أولاً على المفتاح A، وقد يضيء المصباح Z، لذلك سيكون Z هو الحرف الأول من النص المشفر. سيضغط عامل التشغيل بعد ذلك على N، ثم على X بنفس الطريقة، وهكذا.

يتدفق التيار من البطارية (1) عبر مفتاح لوحة المفاتيح المضغوطة ثنائية الاتجاه (2) إلى لوحة التوصيل (3). بعد ذلك، يمر

يتم عرض حركة التدافع لدوارات إنجما لحرفين متتاليين مع تحريك الدوار الأيمن في موضع واحد بينهما.

عبر (غير مستخدم في هذه الحالة، كما هو موضح مغلق) لوحة التوصيل A" (3)" عبر عجلة الإدخال (4)، عبر الأسلاك الثلاثة (جبش إنجما الألماني) أو أربعة (متغيرات كريغسمارينه إم 4 ودفاع) دوّارات مركّبة عدد (5)، ويدخل العاكس (6). يقوم العاكس بإرجاع التيار، عبر مسار مختلف تمامًا، من خلال الدوارات (5) وعجلة الدخول (4)، والمضي قدمًا من خلال القابس "S" (7) المتصل بكابل (8) للتوصيل "D"، وآخر مفتاح ثنائي الاتجاه (9) لإضاءة المصباح المناسب.[15]

تؤدي التغييرات المتكررة للمسار الكهربائي من خلال جهاز تشويش إنجما إلى تطبيق معمي الاستبدال متعدد الأبجدية يوفر أمان إنجما. يوضح الرسم البياني الموجود على اليمين كيف يتغير المسار الكهربائي مع كل انخفاض مفتاح، مما يؤدي إلى دوران الجزء المتحرك الأيمن على الأقل. يمر التيار في مجموعة الدوارات، داخل العاكس وخارجه، ثم يخرج من خلال الدوارات مرة أخرى. الخطوط الرمادية هي مسارات أخرى ممكنة داخل كل دوار، هذه الأسلاك صلبة من جانب واحد من كل دوار إلى الآخر. يتم تشفير الحرف A بشكل مختلف بضغطة مفتاح متتالية، أولاً على G، ثم إلى C. وذلك لأن الدوار الأيمن (يدور موضعًا واحدًا) عند كل ضغطة مفتاح، يرسل الإشارة على مسار مختلف تمامًا. في النهاية تتحرك الدوارات الأخرى بضغطة مفتاح.

تجميع الدوار إنجما. في جيش إنجما الألماني، يتم وضع الدوارات المتحركة الثلاثة المثبتة بين عجلتين ثابتتين: عجلة الدخول على اليمين والعاكس على اليسار.

تشكل الدوارات (بدلاً من ذلك عجلات أو براميل، (بالألمانية: Walzen)) قلب آلة إنجما. كل دوار عبارة عن قرص يبلغ قطره حوالي 10 سم (3.9 بوصات) مصنوع من المطاط القاس أو الصمغ الاصطناعي مع 26 سنًا نحاسيًا، محمل بنابض، ودبابيس تلامس كهربائية مرتبة في دائرة على وجه واحد، مع احتواء الوجه الآخر على 26 نقطة اتصال كهربائية مقابلة في الشكل من الصفائح الدائرية. تمثل المسامير وجهات الاتصال الأبجدية-عادةً 26 حرفًا من A إلى Z، كما هو مفترض لبقية هذا الوصف. عندما يتم تثبيت الدوارات جنبًا إلى جنب على المحور، فإن مسامير أحد الدوارات تستقر على ملامسات اللوح في الدوار المجاور، مما يؤدي إلى تكوين توصيل كهربائي. داخل جسم الدوار، يوجد 26 سلكًا يربط كل دبوس على جانب واحد بملامس على الآخر بنمط معقد. يتم تحديد معظم الدوارات بأرقام رومانية، وكل نسخة صادرة من الدوار الأول، على سبيل المثال، موصولة بأسلاك مماثلة لجميع الأجزاء الأخرى. وينطبق الشيء نفسه على دوارات بيتا وجاما الرقيقة الخاصة المستخدمة في البديل البحري إم 4.

ثلاث دوارات من إنجما والعمود، توضع عليها عند الاستخدام.

يقوم العضو الدوار في حد ذاته بإجراء نوع بسيط جدًا من التعمية، وهو معمي الاستبدال البسيط. على سبيل المثال، قد يتم توصيل الدبوس المقابل للحرف E بجهة الاتصال الخاصة بالحرف T على الوجه المقابل، وهكذا. يأتي أمان إنجما من استخدام عدة دوارات متسلسلة (عادةً ثلاثة أو أربعة) والحركة المتدرجة المنتظمة للدوارات، وبالتالي تنفيذ معمي الاستبدال متعددة الأبجدية.

يمكن ضبط كل دوار على واحد من 26 وضعًا محتملاً لبدء التشغيل عند وضعه في آلة إنجما. بعد الإدخال، يمكن تدوير الدوار إلى الموضع الصحيح يدويًا، باستخدام عجلة الإصبع المحززة التي تبرز من غطاء إنجما الداخلي عند إغلاقه. لكي يعرف المشغل موضع الدوار، يحتوي كل إطار على إطار أبجدي (أو حلقة أحرف) متصل بالجزء الخارجي من قرص الدوار، مع 26 حرفًا (عادةً أحرف)، يمكن رؤية واحدة من هذه من خلال النافذة لتلك الفتحة الموجودة في الغطاء، مما يشير إلى موضع دوران الدوار. في النماذج المبكرة، تم تثبيت الحلقة الأبجدية على القرص الدوار. كان التحسن اللاحق هو القدرة على ضبط الحلقة الأبجدية بالنسبة للقرص الدوار. كان موضع الحلقة يُعرف باسم موقع الحلقة («إعداد الحلقة»)، وكان هذا الإعداد جزءًا من الإعداد الأولي المطلوب قبل جلسة التشغيل. بالمصطلحات الحديثة، كان جزءًا من الشعاع الابتدائي.

اثنان من دوارات إنجما تظهر ملامسات كهربائية، وسقاطة متدرجة (على اليسار) وشق (على الدوار الأيمن المقابل D).

يحتوي كل دوار على واحد أو أكثر من الشقوق التي تتحكم في حركة الجزء المتحرك. في المتغيرات العسكرية، توجد الشقوق على حلقة الأبجدية.

تم استخدام إنجما الجيش والقوات الجوية مع عدة دوارات، في البداية ثلاثة. في 15 ديسمبر 1938، تغير هذا إلى خمسة، تم اختيار ثلاثة منهم لجلسة معينة. تم تمييز الدوارات بأرقام رومانية لتمييزها: I ،II ،II ،IV، وV، وكلها ذات شقوق فردية تقع في نقاط مختلفة على الحلقة الأبجدية. ربما كان هذا الاختلاف مقصودًا كإجراء أمني، لكنه سمح في النهاية باستخدام طريقة الساعة البولندية وهجمات بانبوريزموس البريطانية.

لطالما تم إصدار النسخة البحرية من جيش إنجما الألماني بدوارات أكثر من الخدمات الأخرى: في أول ستة، ثم سبعة، وأخيراً ثمانية. تم تمييز الدوارات الإضافية بعلامات VI وVII وVIII، وكلها مزودة بأسلاك مختلفة، وتحتوي على شقين، مما أدى إلى زيادة معدل الدوران المتكرر. استوعبت آلة إنجما البحرية (إم 4) المكونة من أربعة محركات دوارًا إضافيًا في نفس المساحة مثل الإصدار ثلاثي الدوارات. تم تحقيق ذلك عن طريق استبدال العاكس الأصلي بآخر أرق وإضافة دوار رابع رفيع. كان هذا الدوار الرابع واحدًا من نوعين، بيتا أو جاما، ولم يخطو أبدًا، ولكن يمكن ضبطه يدويًا على أي من 26 موضعًا. صنعت واحدة من 26 آلة تعمل بشكل مماثل للآلة ثلاثية الدوارات.

لتجنب مجرد تنفيذ استبدال بسيط (يمكن حلُّه)، تسبب كل ضغطة مفتاح في تحرك واحد أو أكثر من الدوارات بمقدار واحد على ستة وعشرين دورة كاملة، قبل إجراء التوصيلات الكهربائية. أدى هذا إلى تغيير الأبجدية البديلة المستخدمة للتعمية، مما يضمن أن استبدال التعمية كان مختلفًا في كل موضع دوار جديد، مما ينتج عنه تشفير بديل متعدد الأبجدية أكثر روعة. تختلف آلية التنقل قليلاً من نموذج إلى آخر. صعد الدوار الأيمن مرة واحدة مع كل ضغطة مفتاح، بينما صعدت الدوارات الأخرى بمعدل أقل.

حركة إنجما المتدرجة التي تُرى من الجانب بعيدًا عن المشغل. جميع آلية المسنن ثلاثية السقاطات (الخضراء) تدفع في انسجام بينما المفتاح مضغوط. بالنسبة إلى الدوار ذي الشقين، فإن الجزء المتحرك الموجود على يساره سوف ينقلب مرتين لكل دوران. بالنسبة للعضو الدوار الأول (1)، والذي يمثل بالنسبة للمشغل الدوار الأيمن، يتم دائمًا تعشيق آلية المسنن (الحمراء) وتدرج مع كل ضغطة مفتاح. هنا، يتم تعشيق الدوار الأوسط (2)، لأن الشق الموجود في الدوار الأول يتماشى مع السقاطة، سوف يخطو (ينقلب) مع الدوار الأول. لم يتم تعشيق الدوار الثالث (3)، لأن الشق الموجود في الدوار الثاني غير محاذي للجلد، لذلك لن يتشابك مع آلية المسنن.

تم استدعاء تقدم الدوار بخلاف الجزء الأيسر دوران من قبل البريطانيين. تم تحقيق ذلك من خلال آلية المسنن والسقاطة. كان لكل دوار سقاطة بها 26 سنًا، وفي كل مرة يتم الضغط على مفتاح، تتحرك مجموعة الدبابيس المحملة بنابض للأمام في انسجام تام، في محاولة للتعامل مع السقاطة. عادة ما تمنع الحلقة الأبجدية للدوار على اليمين هذا. نظرًا لأن هذه الحلقة تدور مع الدوار الخاص بها، فإن الشق المصنوع آليًا فيها سيصطف في النهاية مع السقاطة، مما يسمح له بالتعامل مع آلية المسنن، ودفع الدوار على يساره. الدرس الأيمن، بدون دوار وحلقة على اليمين، صعد إلى دواره مع كل ضغط مفتاح.[16] بالنسبة إلى الدوار أحادي الدرجة في الموضع الأيمن، فإن الدوار الأوسط يتدرج مرة واحدة لكل 26 خطوة من الجزء المتحرك الأيمن. وبالمثل بالنسبة للدوارات الثانية والثالثة. وبالمثل بالنسبة للدوارات الثانية والثالثة. بالنسبة إلى الدوار ذي الشقين، فإن الجزء المتحرك الموجود على يساره سوف ينقلب مرتين لكل دوران.

احتوت الدوارات الخمس الأولى التي تم تقديمها (I-V) على درجة واحدة لكل منها، بينما تحتوي الدوارات البحرية الإضافية VI وVII وVIII على شقين. تم تحديد موضع الشق على كل دوار بواسطة حلقة الحروف التي يمكن تعديلها فيما يتعلق بالنواة التي تحتوي على التوصيلات البينية. كانت النقاط على الحلقات التي تسببوا فيها في تحريك العجلة التالية على النحو التالي.[17]

تضمن التصميم أيضًا ميزة تُعرف باسم الخطوة المزدوجة. حدث هذا عندما اصطف كل سفاطة مع كل من آلية مسنن دواره والحلقة الدوارة المحززة للدوار المجاور. إذا اشتبكت سقاطة مع آلية مسننة من خلال المحاذاة مع آلية المسنن، فإنها تدفع للأمام ضد كل من المزلاج والسن، مما يؤدي إلى دفع كلا الدوارين. في آلة ثلاثية الدوار، يتأثر الدوار بخطوتين فقط. إذا تم تعشيق آلية المسنن الثالث أثناء التحرك للأمام، فإن الدوار الثاني سيتحرك مرة أخرى عند ضغط المفتاح التالي، مما يؤدي إلى خطوتين متتاليتين. يقوم الدوار الثاني أيضًا بدفع الدوار واحدًا للأمام بعد 26 خطوة، ولكن نظرًا لأن الدوار الأول يتحرك للأمام مع كل ضغطة مفتاح على أي حال، فلا يوجد خطو مزدوج.[17] تسبب هذا الخطوة المزدوجة في انحراف الدوارات عن الحركة المنتظمة على غرار عداد المسافات.

مع ثلاث عجلات وشقوق مفردة فقط في العجلتين الأولى والثانية، كان للماكينة فترة 26×25×26=16900 (وليس 26×26×26، بسبب الخطوة المزدوجة).[17] تاريخيًا، اقتصرت الرسائل على بضع مئات من الأحرف، وبالتالي لم تكن هناك فرصة لتكرار أي موضع دوار مشترك خلال جلسة واحدة، مما يحرم محللي التشفير من القرائن القيمة.

لإفساح المجال للدوارات البحرية الرابعة، تم جعل العاكس أرق بكثير. تم تركيب الدوار الرابع في المساحة المتوفرة. لم يتم إجراء أي تغييرات أخرى، مما سهّل التغيير.نظرًا لوجود ثلاثة دبابيس فقط، فإن الدوار الرابع لم يتقدم أبدًا، ولكن يمكن ضبطه يدويًا في واحد من 26 موضعًا ممكنًا.

كان الجهاز الذي تم تصميمه، ولكن لم يتم تنفيذه قبل نهاية الحرب، هو لوكنفولروالزي (عجلة ملء الفراغ) التي نفذت خطوات غير منتظمة. سمح بتكوين المجال للشقوق في جميع المواقف الـ26. إذا كان عدد الشقوق عددًا أوليًا نسبيًا يبلغ 26 وكان عدد الشقوق مختلفًا لكل عجلة، فسيكون الخطوة غير متوقعة. مثل أومكيهومنزالزه-دي، سمح أيضًا بإعادة تكوين الأسلاك الداخلية.[18]

تقوم عجلة الدخول الحالية (بالألمانية: Eintrittswalze)، أو الجزء الثابت للدخول، بتوصيل لوحة القابس بمجموعة الدوار. في حالة عدم وجود لوحة القابس، تقوم عجلة الدخول بدلاً من ذلك بتوصيل لوحة المفاتيح ولوح المصباح بمجموعة الدوار. في حين أن الأسلاك المستخدمة بالضبط ذات أهمية قليلة نسبيًا للأمان، فقد أثبتت أنها عقبة أمام تقدم ريجيوسكي أثناء دراسته لأسلاك الدوار. يربط إنحما التجاري المفاتيح بترتيب تسلسلها على لوحة مفاتيح QWERTZ: Q→A وW→B وE→C وما إلى ذلك. يربطهم اللغز العسكري بترتيب أبجدي مستقيم: A→A ،B→B ،C→C، وهكذا. استغرق الأمر تخمينًا ملهمًا لريجيوسكي لاختراق التعديل.

آلية داخلية لآلة إنجما تظهر العاكس من النوع B والمكدس الدوار.

باستثناء الطرازين A وB، جاء آخر دوار قبل «عاكس» ((بالألمانية: Umkehrwalze)، وتعني «دوار الانعكاس»)، وهي ميزة حاصلة على براءة اختراع تنفرد بها شركة إنجما بين آلات الدوار المختلفة في تلك الفترة. يقوم العاكس بتوصيل مخرجات الدوار الأخير في أزواج، وإعادة توجيه التيار مرة أخرى عبر الدوارات بواسطة مسار مختلف. أكد العاكس أن إنجما ستكون متبادلة ذاتيًا، وبالتالي، مع وجود جهازين متطابقين، يمكن تشفير الرسالة على أحدهما وفك تشفيرها من جهة أخرى، دون الحاجة إلى آلية ضخمة للتبديل بين وضعي التشفير وفك التشفير. سمح العاكس بتصميم أكثر إحكامًَا، لكنه أعطى أيضًا إنجما خاصية لم يقم أي حرف بتشفيرها لنفسه. كان هذا عيبًا شديدًا في التشفير تم استغلاله لاحقًا من قبل برامج فك الشيفرات.

في النموذج "C"، يمكن إدخال العاكس في واحد من وضعين مختلفين. في النموذج "D"، يمكن ضبط العاكس في 26 موضعًا ممكنًا، على الرغم من أنه لم يتحرك أثناء التشفير. في إنجما أبوير، صعد العاكس أثناء التشفير بطريقة مماثلة للعجلات الأخرى.

في الجيش الألماني ولعبة إنجما الجوية، تم إصلاح العاكس ولا يدور، كانت هناك أربعة إصدارات. تم وضع علامة «أ» على النسخة الأصلية، وتم استبدالها بـUmkehrwalze B في 1 نوفمبر 1937. تم استخدام نسخة ثالثة Umkehrwalze C لفترة وجيزة في عام 1940، ربما عن طريق الخطأ، وتم حلها بواسطة كوخ 6.[19] الإصدار الرابع، الذي لوحظ لأول مرة في 2 يناير 1944، كان يحتوي على عاكس قابل لإعادة التوصيل، يسمى Umkehrwalze D، أطلق عليه البريطانيون لقب العم ديك، مما يسمح لمشغل إنجما بتغيير الاتصالات كجزء من الإعدادات الرئيسية.

تم وضع لوحة القابس (ستيكربريت) في مقدمة الجهاز، أسفل المفاتيح. عندما كانت قيد الاستخدام خلال الحرب العالمية الثانية، كان هناك عشرة اتصالات. في هذه الصورة، تم تبديل زوجين فقط من الحروف (A↔J وS↔O).

سمحت لوحة التوصيل (بالألمانية: Steckerbrett) بأسلاك متغيرة يمكن إعادة تكوينها بواسطة المشغل (مرئية على اللوحة الأمامية من الشكل 1، يمكن رؤية بعض أسلاك التصحيح في الغطاء). تم تقديمه على نسخ الجيش الألماني في عام 1930، وسرعان ما تم تبنيه من قبل بحرية الرايخ (البحرية الألمانية).

كانت شريبماكس عبارة عن وحدة طباعة يمكن إرفاقها بإنجما، مما يلغي الحاجة إلى تدوين الحروف الموضحة على لوحة الإضاءة بشق الأنفس.

ساهمت لوحة المكونات في قوة تشفير أكثر من الدوار الإضافي. يمكن حل لغز إنجما بدون لوحة توصيل (المعروفة باسم إنجما غير المخططة) بشكل مباشر نسبيًا باستخدام طرق اليد، تم هزيمة هذه التقنيات بشكل عام بواسطة لوحة التوصيل، مما دفع محللي الشفرات الحلفاء إلى تطوير آلات خاصة لحلها.

كبل يوضع على لوحة التوصيل بأحرف متصلة في أزواج، على سبيل المثال، قد يكون E وQ زوجًا مرقطًا. كان التأثير هو تبديل هذه الأحرف قبل وبعد وحدة تخليط الدوار الرئيسية. على سبيل المثال، عندما ضغط أحد المشغلين على E، تم تحويل الإشارة إلى Q قبل دخول الدوارات. يمكن استخدام ما يصل إلى 13 زوجًا مخططًا في وقت واحد، على الرغم من أنه تم استخدام 10 فقط بشكل طبيعي.

يتدفق التيار من لوحة المفاتيح من خلال لوحة المكونات، وينتقل إلى دوار الدخول أو اينتريتسوالزي. كان لكل حرف على لوحة القابس قابسان. يؤدي إدخال قابس إلى فصل المقبس العلوي (من لوحة المفاتيح) والمقبس السفلي (إلى دوار الدخول) لهذا الحرف. تم إدخال القابس الموجود في الطرف الآخر من الكبل المتقاطع في مقابس حرف آخر، وبالتالي تبديل توصيلات الحرفين.

جعلت الميزات الأخرى العديد من أجهزة إنجما أكثر أمانًا أو أكثر ملاءمة.[20]

استخدمت بعض إم 4 إنجما طابعة شريبماكس، وهي طابعة صغيرة يمكنها طباعة 26 حرفًا على شريط ورقي ضيق. هذا يلغي الحاجة إلى عامل ثان لقراءة المصابيح وكتابة الحروف. . تم وضع شريبماكس أعلى آلة إنجما وتم توصيله بلوحة المصباح. لتثبيت الطابعة، يجب إزالة غطاء المصباح والمصابيح الكهربائية. تحسين كل من الراحة والأمن التشغيلي، يمكن تثبيت الطابعة عن بُعد بحيث لا يضطر مسؤول الإشارة الذي يقوم بتشغيل الجهاز إلى رؤية النص العادي الذي تم فك تشفيره.

من الملحقات الأخرى لوحة المصباح البعيد فيرنليسغيرات. بالنسبة للآلات المزودة باللوحة الإضافية، كانت العلبة الخشبية لإنجما أعرض ويمكنها تخزين

اللوحة الإضافية. يمكن توصيل نسخة لوحة المصباح بعد ذلك، ولكن ذلك يتطلب، كما هو الحال مع شريبماكس، إزالة لوحة المصباح والمصابيح الكهربائية.[13] أتاحت اللوحة البعيدة لأي شخص قراءة النص العادي الذي تم فك تشفيره دون أن يراه المشغل.

مرفق إنجما زلزال بتردد فوق العالي

في عام 1944، قدمت القوات الجوية مفتاحًا للوحة التوصيل، يسمى زلزال بتردد فوق العالي (الساعة)، وهو صندوق صغير يحتوي على مفتاح بـ40 موضعًا. لقد حلت محل المقابس القياسية. بعد توصيل القوابس، كما هو محدد في ورقة المفاتيح اليومية، قام المشغل بتحويل المفتاح إلى واحد من 40 موضعًا، كل منها ينتج مجموعة مختلفة من توصيلات الأسلاك. كانت معظم توصيلات القابس، على عكس المقابس الافتراضية، ليست زوجية.[13] في موضع مفتاح واحد، لم يقم الزلزال بالتردد فوق العالي بتبديل الأحرف، ولكنه ببساطة قام بمحاكاة 13 سلكًا ستيكر بمقابس.

يمكن تحديد تحويل إنجما لكل حرف رياضيًا كنتيجة للتباديل.[21] بافتراض وجود لغز ثلاثي للجيش الألماني/سلاح الجو الألماني، دع P تشير إلى تحول لوحة التوصيل، U تشير إلى العاكس ، وL ،M ،R تشير إلى الدوارات اليسرى والوسطى واليمنى على التوالي.

ثم يمكن التعبير عن التشفير E كـ

${\displaystyle E=PRMLUL^{-1}M^{-1}R^{-1}P^{-1}.}$

بعد كل ضغطة مفتاح، تدور الدوارات وتغير التحول. على سبيل المثال، إذا تم تدوير الجزء المتحرك الأيمن R في مواضع n، يصبح التحويل

${\displaystyle \rho ^{n}R\rho ^{-n},}$

حيث ρ هو تعيين التبادل الدائري من A إلى B، وB إلى C، وهكذا دواليك. وبالمثل، يمكن تمثيل الدوارات الوسطى واليسرى على شكل دوران j وk لكل من M وL. يمكن بعد ذلك وصف تحويل التشفير على أنه

${\displaystyle E=P\left(\rho ^{n}R\rho ^{-n}\right)\left(\rho ^{j}M\rho ^{-j}\right)\left(\rho ^{k}L\rho ^{-k}\right)U\left(\rho ^{k}L^{-1}\rho ^{-k}\right)\left(\rho ^{j}M^{-1}\rho ^{-j}\right)\left(\rho ^{n}R^{-1}\rho ^{-n}\right)P^{-1}.}$

من خلال الجمع بين ثلاثة دوارات من مجموعة من خمسة، كل من إعدادات الدوار الثلاثة مع 26 موضعًا، ولوحة التوصيل مع عشرة أزواج من الأحرف المتصلة، فإن إنجما العسكرية لديها 158,962,555,217,826,360,000 إعدادات مختلفة (ما يقرب من 159 كوينتيليون أو حوالي 67 بت).[22]

لاحظ أن (5×4×3)×(26^3) × [26! / (6! x 10! x 2^10)] = 158,962,555,217,826,360,000 267.1

سيتم إعطاء مشغل إنجما الألماني رسالة نص عادي لتشفيرها. بعد إعداد الجهاز الخاص به، كان يكتب الرسالة على لوحة مفاتيح إنجما. لكل حرف مضغوط، يضيء مصباح واحد يشير إلى حرف مختلف وفقًا لاستبدال شبه عشوائي تحدده المسارات الكهربائية داخل الجهاز. سيتم تسجيل الحرف الذي يشير إليه المصباح، عادةً بواسطة عامل ثانٍ، كحرف نصي. حركة الضغط على مفتاح حركت أيضًا دوارًا واحدًا أو أكثر بحيث يستخدم الضغط على المفتاح التالي مسارًا كهربائيًا مختلفًا، وبالتالي سيحدث استبدال مختلف حتى إذا تم إدخال نفس حرف النص العادي مرة أخرى. لكل ضغطة مفتاح، كان هناك دوران على الأقل لدوار اليد اليمنى وأقل من الاثنين الآخرين، مما أدى إلى استخدام أبجدية بديلة مختلفة لكل حرف في الرسالة. استمرت هذه العملية حتى اكتمال الرسالة. ثم يُنقل النص المشفر الذي سجله المشغل الثاني، عادةً عن طريق الراديو في شيفرة مورس، إلى مشغل آلة أخرى من نوع إنجما. سيكتب هذا المشغل في النص المشفر-طالما أن جميع إعدادات آلة فك التشفير مطابقة لتلك الخاصة بآلة التشفير-فكل ضغطة مفتاح سيحدث الاستبدال العكسي وستظهر رسالة النص العادي.

كتيب المجموعة الألمانية (كتاب رموز على شكل حرف U مع رموز مفاتيح مجمعة).

أثناء الاستخدام، تطلب إنجما قائمة بإعدادات المفاتيح اليومية والمستندات المساعدة. في الممارسة العسكرية الألمانية، تم تقسيم الاتصالات إلى شبكات منفصلة، كل منها يستخدم إعدادات مختلفة. تم تسمية شبكات الاتصال هذه بالمفاتيح في حديقة بلتشلي، وتم تخصيص أسماء رمزية لها، مثل ريد وشافينش وشارك. أُعطِيَت كل وحدة تعمل في شبكة نفس قائمة الإعدادات الخاصة بها من إنجما، صالحة لفترة من الزمن. كانت الإجراءات الخاصة بإنجما البحرية الألمانية أكثر تفصيلاً وأمانًا من تلك الموجودة في الخدمات الأخرى واستخدمت دفاتر الرموز المساعدة. طُبعت دفاتر الرموز البحرية بالحبر الأحمر القابل للذوبان في الماء على ورق وردي بحيث يمكن إتلافها بسهولة إذا تعرضت للخطر أو إذا غرقت السفينة. حدد إعداد آلة إنجما (مفتاح التشفير الخاص بها في المصطلحات الحديثة، (بالألمانية: Schlüssel)) كل جانب من جوانب

قائمة المفاتيح الشهرية رقم 649 لسلاح الجو الألماني، بما في ذلك إعدادات العاكس القابل لإعادة التشكيل (والذي يتغير مرة واحدة فقط كل ثمانية أيام).

الجهاز قابل للتعديل بواسطة المشغل:

• ترتيب العجلة (موقع الأسطوانة)-اختيار الدوارات وترتيب تركيبها.
• إعدادات الحلقة (موقع الحلقة)-موضع كل حلقة أبجدية بالنسبة لأسلاكها الدوارة.
• توصيلات التوصيل (توصيلات القابس)-أزواج الأحرف في لوحة المكونات المتصلة ببعضها البعض.
• في الإصدارات المتأخرة جدًا، تم توصيل أسلاك العاكس القابل لإعادة التشكيل.
• يجب أن يكون موضع بدء الدوارات (وضعية أولية)-الذي يختاره المشغل، مختلفًا لكل رسالة.

لكي يتم تشفير الرسالة وفك تشفيرها بشكل صحيح، يجب على كل من المرسل والمستقبل تكوين إنجما بنفس الطريقة، يجب أن يكون اختيار العضو الدوار وترتيبه، ومواضع الحلقة، ووصلات لوحة القابس، ومواضع دوار البداية متطابقة. باستثناء مواضع البداية، تم إنشاء هذه الإعدادات مسبقًا، وتوزيعها في قوائم رئيسية وتغييرها يوميًا. على سبيل المثال، كانت إعدادات اليوم الثامن عشر من الشهر في قائمة مفاتيح قوات إنجما الجوية الألمانية رقم 649 (انظر الصورة) كما يلي:

• ترتيب العجلات: IV ،II ،V.
• إعدادات الرنين: 15، 23، 26.
• وصلات التوصيل: EJ OY IV AQ KW FX MT PS LU BD.
• أسلاك عاكس قابلة لإعادة التشكيل: IU AS DV GL FT OX EZ CH MR KN BQ PW.
• مجموعات المؤشر: lsa zbw vcj rxn.

تم تصميم إنجما ليكون آمنًا حتى لو كانت الأسلاك الدوارة معروفة للخصم، على الرغم من الجهد الكبير في الممارسة العملية لحماية تكوين الأسلاك. إذا كانت الأسلاك سرية، فقد تم حساب العدد الإجمالي للتكوينات الممكنة ليكون حوالي 3×10¹¹⁴ (حوالي 380 بت)، مع الأسلاك المعروفة والقيود التشغيلية الأخرى، يتم تقليل هذا إلى حوالي 10²³ (76 بت).[23] نظرًا للعدد الكبير من الاحتمالات، كان مستخدمو إنجما واثقين من أمانها، لم يكن من الممكن بعد ذلك أن يبدأ الخصم في محاولة شن هجوم بالقوة الغاشمة.

تم الاحتفاظ بمعظم المفتاح ثابتًا لفترة زمنية محددة، عادةً ليوم واحد. تم استخدام موضع دوار أولي مختلف لكل رسالة، وهو مفهوم مشابه لمتجه التهيئة في التشفير الحديث. والسبب هو أن تشفير العديد من الرسائل بإعدادات متطابقة أو شبه متطابقة (يُطلق عليها في تحليل التشفير على أنها متعمقة)، سيمكن الهجوم باستخدام إجراء إحصائي مثل مؤشر فريدمان للمصادفة.[24] تم إرسال موضع بدء الدوارات قبل النص المشفر مباشرة، عادةً بعد تشفيره. الطريقة الدقيقة المستخدمة كانت تسمى إجراء المؤشر. كان ضعف التصميم وإهمال المشغل في إجراءات المؤشرات هذه من نقاط الضعف الرئيسية التي جعلت من اختراق إنجما ممكنًا.

الشكل 2. مع الغطاء الداخلي لأسفل، كانت إنجما جاهزًا للاستخدام. تبرز عجلات أصابع الدوارات عبر الغطاء، مما يسمح للمشغل بضبط الدوارات، وكان موضعها الحالي، هنا RDKP، مرئيًا للمشغل من خلال مجموعة من النوافذ.

كان أحد الإجراءات الأولية لمؤشر إنجما معيبًا في التشفير وسمح لمحللي الشفرات البولنديين بإجراء الاختراقات الأولية في إنجما. جعل الإجراء المشغل يضبط جهازه وفقًا للإعدادات السرية التي شاركها جميع المشغلين على الشبكة. تضمنت الإعدادات موضعًا أوليًا للدوارات (وضعية أولية)، على سبيل المثال، AOH. قام المشغل بتحويل دواراته حتى أصبح AOH مرئيًا من خلال نوافذ الدوار. في تلك المرحلة، اختار المشغل موقع البداية التعسفي الخاص به للرسالة التي سيرسلها. قد يقوم عامل التشغيل بتحديد EIN، وقد أصبح هذا هو إعداد الرسالة لجلسة التشفير هذه. قام المشغل بعد ذلك بكتابة EIN في الجهاز مرتين، مما ينتج عنه المؤشر المشفر، على سبيل المثال XHTLOA. تم إرسال هذا بعد ذلك، وعند هذه النقطة يقوم المشغل بتحويل الدوارات إلى إعدادات الرسالة الخاصة به، EIN في هذا المثال، ثم كتابة النص العادي للرسالة.

في الطرف المستلم، قام المشغل بضبط الجهاز على الإعدادات الأولية (AOH) وكتب الأحرف الستة الأولى من الرسالة (XHTLOA). في هذا المثال، ظهر EINEIN على المصابيح، لذلك سيتعرف المشغل على إعداد الرسالة الذي استخدمه المرسل لتشفير هذه الرسالة. يقوم عامل الاستقبال بتعيين دواراته على EIN، ويكتب في بقية النص المشفر، ويحصل على الرسالة التي تم فك تشفيرها.

يحتوي مخطط المؤشر هذا على نقطتي ضعف. أولاً، استخدام الموضع الأولي العالمي (وضعية أولية) يعني أن جميع مفاتيح الرسائل تستخدم نفس التعويض متعدد أبجدية. في إجراءات المؤشر اللاحقة، اختار المشغل موقعه الأولي لتشفير المؤشر وأرسل هذا الموضع الأولي في وضع واضح. أما المشكلة الثانية فكانت تكرار المؤشر وهو خلل أمني خطير. تم ترميز إعداد الرسالة مرتين، مما أدى إلى وجود علاقة بين الحرف الأول والرابع والثاني والخامس والثالث والسادس. مكّنت هذه العيوب الأمنية مكتب الشفرات البولندي من اقتحام نظام إنجما قبل الحرب في وقت مبكر من عام 1932. تم وصف إجراء المؤشر المبكر لاحقًا من قبل محللي التشفير الألمان بأنه «تقنية المؤشر الخاطئ».[25]

خلال الحرب العالمية الثانية، تم استخدام كتب الرموز كل يوم فقط لإعداد الدوارات وإعدادات الحلقة الخاصة بها ولوحة التوصيل. لكل رسالة، اختار المشغل موضع بدء عشوائي، دعنا نقول WZA، ومفتاح رسالة عشوائي، ربما SXT. قام بنقل الدوارات إلى موضع بدء WZA وقام بتشفير مفتاح الرسالة SXT. افترض أن النتيجة كانت UHL. ثم قام بإعداد مفتاح الرسالة، SXT، ليكون موضع البداية وقام بتشفير الرسالة. بعد ذلك، أرسل موضع البداية، WZA، مفتاح الرسالة المشفر، UHL، ثم النص المشفر. قام جهاز الاستقبال بإعداد موضع البدء وفقًا للكتابة الثلاثية الأولى، WZA، وفك تشفير اكتابة الثلاثية الثانية، UHL، للحصول على إعداد رسالة SXT. تحويلة، استخدم إعداد رسالة SXT هذا باعتباره موضع البداية لفك تشفير الرسالة. وبهذه الطريقة، كان كل إعداد أرضي مختلفًا وتجنب الإجراء الجديد الخلل الأمني في إعدادات الرسائل ذات التشفير المزدوج.[26]

تم استخدام هذا الإجراء من قبل الجيش الألماني والقوات الجوية فقط. كانت إجراءات الحرب البحرية الخاصة بإرسال الرسائل باستخدام إنجما أكثر تعقيدًا وتفصيلاً. قبل التشفير، تم تشفير الرسالة باستخدام كتيب إشارة قصير. احتوى كتيب الإشارة القصير على جداول لتحويل الجمل إلى مجموعات من أربعة أحرف. تم تضمين العديد من الخيارات، على سبيل المثال، الأمور اللوجستية مثل التزود بالوقود والالتقاء بسفن الإمداد والمواقع وقوائم الشبكة وأسماء الموانئ والبلدان والأسلحة وظروف الطقس ومواقع العدو والسفن وجداول التاريخ والوقت. احتوى كتاب الكود الآخر على كتيب المجموعة ومفتاح التهجئة: مفتاح التعريف ومفتاح الرسالة.[27]

استخدمت آلة جيش إنجما 26 حرفًا أبجديًا فقط. تم استبدال علامات الترقيم بمجموعات أحرف نادرة. تم حذف مسافة أو استبدالها بـX. تم استخدام X بشكل عام كنقطة توقف كاملة.

كانت بعض علامات الترقيم مختلفة في أجزاء أخرى من القوات المسلحة. استبدل الجيش الألماني الفاصلة بـZZ وعلامة الاستفهام بـFRAGE أو FRAQ.

استبدلت الحرب البحرية الفاصلة بـY وعلامة الاستفهام بـUD. تم استبدال التركيبة CH، كما في "Acht" (ثمانية) أو "Richtung" (الاتجاه)، بـQ (AQT ،RIQTUNG). تم استبدال اثنين وثلاثة وأربعة أصفار بـCENTA وMILLE وMYRIA.

أرسل الجيش الألماني والقوات الجوية الرسائل في مجموعات من خمسة أحرف.

كان لدى الحرب البحرية، باستخدام إنجما الدوار الأربعة، مجموعات مكونة من أربعة أحرف. كانت الأسماء أو الكلمات المستخدمة بشكل متكرر متنوعة بقدر الإمكان. يمكن كتابة كلمات مثل Minensuchboot (كاسحة ألغام) كـ MINENSUCHBOOT أو MINBOOT أو MMMBOOT أو MMM354. لجعل تحليل الشيفرات أكثر صعوبة، اقتصرت الرسائل على 250 حرفًا. تم تقسيم الرسائل الأطول إلى عدة أجزاء، كل منها يستخدم مفتاح رسالة مختلف.[28][29]

يمكن التعبير عن استبدال الأحرف بواسطة آلة إنجما ككل في شكل سلسلة من الأحرف مع كل موضع مشغول بالحرف الذي سيحل محل الحرف في الموضع المقابل في الأبجدية. على سبيل المثال، يمكن تمثيل تكوين جهاز معين يشفر A إلى L وB إلى U وC إلى S و... وZ إلى J بشكل مضغوط

LUSHQOXDMZNAIKFREPCYBWVGTJ

ويمكن تمثيل ترميز حرف معين بواسطة هذا التكوين من خلال إبراز الحرف المشفر كما في

D > LUS(H)QOXDMZNAIKFREPCYBWVGTJ

نظرًا لأن تشغيل آلة إنجما التي ترميز رسالة ما هو سلسلة من هذه التكوينات، كل منها مرتبط بحرف واحد يتم ترميزه، يمكن استخدام سلسلة من هذه التمثيلات لتمثيل تشغيل الجهاز أثناء ترميزه للرسالة. على سبيل المثال، عملية ترميز الجملة الأولى من النص الرئيسي لرسالة دونيتز الشهيرة إلى[30]

RBBF PMHP HGCZ XTDY GAHG UFXG EWKB LKGJ

يمكن تمثيلها كـ

0001 F > KGWNT(R)BLQPAHYDVJIFXEZOCSMU CDTK 25 15 16 26 0002 O > UORYTQSLWXZHNM(B)VFCGEAPIJDK CDTL 25 15 16 01 0003 L > HLNRSKJAMGF(B)ICUQPDEYOZXWTV CDTM 25 15 16 02 0004 G > KPTXIG(F)MESAUHYQBOVJCLRZDNW CDUN 25 15 17 03 0005 E > XDYB(P)WOSMUZRIQGENLHVJTFACK CDUO 25 15 17 04 0006 N > DLIAJUOVCEXBN(M)GQPWZYFHRKTS CDUP 25 15 17 05 0007 D > LUS(H)QOXDMZNAIKFREPCYBWVGTJ CDUQ 25 15 17 06 0008 E > JKGO(P)TCIHABRNMDEYLZFXWVUQS CDUR 25 15 17 07 0009 S > GCBUZRASYXVMLPQNOF(H)WDKTJIE CDUS 25 15 17 08 0010 I > XPJUOWIY(G)CVRTQEBNLZMDKFAHS CDUT 25 15 17 09 0011 S > DISAUYOMBPNTHKGJRQ(C)LEZXWFV CDUU 25 15 17 10 0012 T > FJLVQAKXNBGCPIRMEOY(Z)WDUHST CDUV 25 15 17 11 0013 S > KTJUQONPZCAMLGFHEW(X)BDYRSVI CDUW 25 15 17 12 0014 O > ZQXUVGFNWRLKPH(T)MBJYODEICSA CDUX 25 15 17 13 0015 F > XJWFR(D)ZSQBLKTVPOIEHMYNCAUG CDUY 25 15 17 14 0016 O > FSKTJARXPECNUL(Y)IZGBDMWVHOQ CDUZ 25 15 17 15 0017 R > CEAKBMRYUVDNFLTXW(G)ZOIJQPHS CDVA 25 15 18 16 0018 T > TLJRVQHGUCXBZYSWFDO(A)IEPKNM CDVB 25 15 18 17 0019 B > Y(H)LPGTEBKWICSVUDRQMFONJZAX CDVC 25 15 18 18 0020 E > KRUL(G)JEWNFADVIPOYBXZCMHSQT CDVD 25 15 18 19 0021 K > RCBPQMVZXY(U)OFSLDEANWKGTIJH CDVE 25 15 18 20 0022 A > (F)CBJQAWTVDYNXLUSEZPHOIGMKR CDVF 25 15 18 21 0023 N > VFTQSBPORUZWY(X)HGDIECJALNMK CDVG 25 15 18 22 0024 N > JSRHFENDUAZYQ(G)XTMCBPIWVOLK CDVH 25 15 18 23 0025 T > RCBUTXVZJINQPKWMLAY(E)DGOFSH CDVI 25 15 18 24 0026 Z > URFXNCMYLVPIGESKTBOQAJZDH(W) CDVJ 25 15 18 25 0027 U > JIOZFEWMBAUSHPCNRQLV(K)TGYXD CDVK 25 15 18 26 0028 G > ZGVRKO(B)XLNEIWJFUSDQYPCMHTA CDVL 25 15 18 01 0029 E > RMJV(L)YQZKCIEBONUGAWXPDSTFH CDVM 25 15 18 02 0030 B > G(K)QRFEANZPBMLHVJCDUXSOYTWI CDWN 25 15 19 03 0031 E > YMZT(G)VEKQOHPBSJLIUNDRFXWAC CDWO 25 15 19 04 0032 N > PDSBTIUQFNOVW(J)KAHZCEGLMYXR CDWP 25 15 19 05

حيث الأحرف التي تلي كل تعيين هي الأحرف التي تظهر على النوافذ في تلك المرحلة (تتغير الحالة الوحيدة المرئية للمشغل) وتظهر الأرقام الموضع المادي الأساسي لكل دوار.

إن تعيينات الأحرف لتكوين معين للجهاز هي بدورها نتيجة لسلسلة من هذه التعيينات المطبقة بواسطة كل تمريرة عبر أحد مكونات الجهاز: يعمل ترميز الحرف الناتج عن تطبيق تعيين مكون معين كمدخل لتعيين المكون اللاحق. على سبيل المثال، يمكن توسيع الخطوة الرابعة في الترميز أعلاه لإظهار كل مرحلة من هذه المراحل باستخدام نفس تمثيل التعيينات وإبراز الحرف المشفر:

G > ABCDEF(G)HIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
  P EFMQAB(G)UINKXCJORDPZTHWVLYS         AE.BF.CM.DQ.HU.JN.LX.PR.SZ.VW
  1 OFRJVM(A)ZHQNBXPYKCULGSWETDI  N  03  VIII
  2 (N)UKCHVSMDGTZQFYEWPIALOXRJB  U  17  VI
  3 XJMIYVCARQOWH(L)NDSUFKGBEPZT  D  15  V
  4 QUNGALXEPKZ(Y)RDSOFTVCMBIHWJ  C  25  β
  R RDOBJNTKVEHMLFCWZAXGYIPS(U)Q         c
  4 EVTNHQDXWZJFUCPIAMOR(B)SYGLK         β
  3 H(V)GPWSUMDBTNCOKXJIQZRFLAEY         V
  2 TZDIPNJESYCUHAVRMXGKB(F)QWOL         VI
  1 GLQYW(B)TIZDPSFKANJCUXREVMOH         VIII
  P E(F)MQABGUINKXCJORDPZTHWVLYS         AE.BF.CM.DQ.HU.JN.LX.PR.SZ.VW
F < KPTXIG(F)MESAUHYQBOVJCLRZDNW

هنا يبدأ الترميز بشكل تافه مع «التعيين» الأول الذي يمثل لوحة المفاتيح (التي ليس لها تأثير)، متبوعًا بلوحة المكونات التي تم تكوينها على أنها AE.BF.CM.DQ.HU.JN.LX.PR.SZ.VW التي لا تحتوي على التأثير على 'G'، متبوعًا بالدوار VIII في الموضع 03، الذي يعيّن G إلى A، ثم الدوار VI في الموضع 17، الذي يعيّن A إلى N... وأخيرًا لوحة المكونات مرة أخرى، التي تعين B إلى F، ينتج عنه التعيين الكلي المشار إليه في الخطوة الأخيرة: G إلى F.

لاحظ أن هذا النموذج يحتوي على 4 دوارات (الخطوط من 1 إلى 4) وأن العاكس (الخط R) يقوم أيضًا بتبديل الأحرف (الزخارف).

في 23 فبراير 1918، تقدم آرثر شيربيوس بطلب للحصول على براءة اختراع لآلة تشفير تستخدم دوارات.[32]