Mesin Enigma

Mesin Enigma adalah mesin penyandi yang dikembangkan dan digunakan pada awal hingga pertengahan abad ke-20 untuk melindungi komunikasi komersial, diplomatik, dan militer. Ini digunakan secara luas oleh Nazi Jerman selama Perang Dunia II, di semua cabang militer Jerman. Mesin Enigma dianggap sangat aman sehingga digunakan untuk mengenkripsi pesan paling rahasia.^[1] Enigma dipatenkan oleh insinyur Jerman Arthur Scherbius. Secara teknis, mesin Enigma termasuk keluarga mesin rotor elektromekanik, yang memiliki berbagai model. Nama Enigma diambil dari kata Latin aenigma, yang artinya teka-teki.

Versi Enigma yang paling terkenal adalah yang digunakan oleh Wehrmacht (tentara Jerman Nazi). Mesin ini, mulai digunakan oleh Nazi pada 1928, pada awalnya dianggap sebagai mesin kriptografi teraman di dunia, tetapi akhirnya dapat dipecahkan oleh pihak Sekutu yang dipimpin oleh Alan Turning, sehingga mesin ini justru merugikan pihak Nazi. Metode pemecahan (dekripsi) mesin ini pertama kali ditemukan pada tahun 1932 oleh kriptografer Polandia dari Biuro Szyfrów (Kantor Sandi), Marian Rejewski, Jerzy Różycki dan Henryk Zygalski. Namun pada 1939 Jerman mendisain ulang Enigma sehingga metode tersebut tidak dapat digunakan lagi. Berkat informasi dari Polandia, akhirnya Britania dan Prancis berhasil membuat mesin pemecah Enigma baru ini, yang diberi nama bombe. Informasi yang didapat Sekutu dari pemecahan Enigma disebut ULTRA, yang terbukti amat penting bagi kemenangan Sekutu pada Perang Dunia II. Menurut para ahli, PD II berakhir dua tahun lebih cepat berkat pemecahan Enigma ini.

Mesin Enigma ini adalah kombinasi dari sistem mekanikal dan elektrikal. di mana sisi mekanical adalah 4 buah rotor. dengan rincian, rotor kanan, rotor tengah, rotor kiri dan rotor reflektor.

Mesin Enigma ditemukan oleh insinyur Jerman Arthur Scherbius pada akhir Perang Dunia I.^[2] Perusahaan Jerman Scherbius & Ritter, yang didirikan oleh Scherbius, mematenkan ide untuk mesin sandi pada tahun 1918 dan mulai memasarkan produk jadi dengan nama merek Enigma pada tahun 1923, yang awalnya ditujukan untuk pasar komersial.^[3] Model awal digunakan secara komersial sejak awal tahun 1920-an, dan diadopsi oleh militer dan layanan pemerintah di beberapa negara, terutama Nazi Jerman sebelum dan selama Perang Dunia II.^[4]

Beberapa model Enigma diproduksi,^[5] tetapi model militer Jerman, yang memiliki papan colokan, adalah yang paling rumit. Model Jepang dan Italia juga digunakan.^[6] Dengan diadopsinya (dalam bentuk yang sedikit dimodifikasi) oleh Angkatan Laut Jerman pada tahun 1926 dan Angkatan Darat dan Angkatan Udara Jerman segera setelahnya, nama Enigma menjadi dikenal luas di kalangan militer. Perencanaan militer Jerman sebelum perang menekankan kekuatan dan taktik yang cepat dan bergerak, yang kemudian dikenal sebagai blitzkrieg, yang bergantung pada komunikasi radio untuk komando dan koordinasi. Karena musuh kemungkinan besar akan menyadap sinyal radio, pesan harus dilindungi dengan enkripsi yang aman. Kompak dan mudah dibawa, mesin Enigma memenuhi kebutuhan itu.

Mata-mata Prancis Hans-Thilo Schmidt memperoleh akses ke materi sandi Jerman yang mencakup kunci harian yang digunakan pada bulan September dan Oktober 1932. Tombol-tombol tersebut termasuk pengaturan papan colokan. Orang Prancis menyerahkan materi itu ke orang Polandia. Sekitar bulan Desember 1932, Marian Rejewski, seorang matematikawan dan kriptolog Polandia di Biro Sandi Polandia, menggunakan teori permutasi,^[7] dan kelemahan dalam prosedur penyandian pesan militer Jerman, untuk memecahkan kunci pesan mesin Enigma plug-in.^[8] Rejewski menggunakan materi yang disediakan Prancis dan lalu lintas pesan yang terjadi pada bulan September dan Oktober untuk memecahkan kabel rotor yang tidak diketahui. Akibatnya matematikawan Polandia mampu membangun mesin Enigma mereka sendiri yang dijuluki "Enigma doubles". Rejewski dibantu oleh rekan matematikawan-kriptolog Jerzy Różycki dan Henryk Zygalski, keduanya direkrut bersama Rejewski dari Universitas Poznań, yang dipilih karena pengetahuan mahasiswanya tentang bahasa Jerman, karena wilayah itu dikuasai Jerman sebelum Perang Dunia I. Biro Sandi Polandia mengembangkan teknik untuk mengalahkan papan penyambung dan menemukan semua komponen kunci harian, yang memungkinkan Biro Sandi untuk membaca pesan Enigma Jerman mulai Januari 1933.^[9]

Seiring berjalannya waktu, prosedur kriptografi Jerman membaik, dan Biro Sandi mengembangkan teknik dan merancang perangkat mekanis untuk terus membaca lalu lintas Enigma. Sebagai bagian dari upaya tersebut, orang Polandia memanfaatkan keanehan rotor, menyusun katalog, membuat siklometer (diciptakan oleh Rejewski) untuk membantu membuat katalog dengan 100.000 entri, menemukan dan memproduksi lembaran Zygalski, dan membangun bomba kriptologi elektromekanis (diciptakan oleh Rejewski) untuk mencari pengaturan rotor. Pada tahun 1938, Polandia memiliki enam bomby (jamak dari bomba), tetapi ketika tahun itu Jerman menambahkan dua rotor lagi, maka dibutuhkan sepuluh kali lebih banyak bomby untuk membaca lalu lintas.^[10]

Pada tanggal 26 dan 27 Juli 1939,^[11] di Pyry, tepatnya di sebelah selatan Warsawa, Polandia menginisiasi perwakilan intelijen militer Prancis dan Inggris ke dalam teknik dan peralatan dekripsi Enigma Polandia, termasuk lembaran Zygalski dan bom kriptologi, dan menjanjikan setiap delegasi sebuah Enigma hasil rekonstruksi Polandia (perangkat tersebut segera dikirimkan).^[12]

Pada bulan September 1939, Misi Militer Inggris 4, yang meliputi Colin Gubbins dan Vera Atkins, pergi ke Polandia, bermaksud untuk mengevakuasi pemecah sandi Marian Rejewski, Jerzy Różycki, dan Henryk Zygalski dari negara tersebut. Namun, para ahli kriptologi telah dievakuasi oleh atasan mereka sendiri ke Rumania, yang saat itu merupakan negara sekutu Polandia. Dalam perjalanan, demi alasan keamanan, personel Biro Sandi Polandia sengaja menghancurkan catatan dan peralatan mereka. Dari Rumania mereka melanjutkan perjalanan ke Perancis, di mana mereka melanjutkan pekerjaan kriptologi mereka, berkolaborasi melalui teletype dengan Inggris, yang mulai bekerja mendekripsi pesan Enigma Jerman, menggunakan peralatan dan teknik Polandia.^[13]

Gordon Welchman, yang menjadi kepala Hut 6 di Bletchley Park, menulis: "Hut 6 Ultra tidak akan pernah bisa berjalan jika kami tidak belajar dari Polandia, tepat pada waktunya, detail dari versi militer Jerman dari mesin Enigma komersial, dan prosedur operasi yang digunakan." Transfer teori dan teknologi Polandia di Pyry membentuk dasar penting untuk upaya dekripsi Enigma Inggris Perang Dunia II berikutnya di Bletchley Park, tempat Welchman bekerja.^[14]

Selama perang, ahli kriptologi Inggris mendekripsi sejumlah besar pesan yang dienkripsi pada Enigma. Intelijen yang diperoleh dari sumber ini, yang diberi nama sandi "Ultra" oleh Inggris, merupakan bantuan besar bagi upaya perang Sekutu.^[a]

Meskipun Enigma memiliki beberapa kelemahan kriptografi, dalam praktiknya, kelemahan prosedur Jerman, kesalahan operator, kegagalan untuk secara sistematis memperkenalkan perubahan dalam prosedur enkripsi, dan penangkapan tabel kunci dan perangkat keras oleh Sekutu yang, selama perang, memungkinkan para kriptolog Sekutu untuk berhasil.^[15][16]

Abwehr menggunakan berbagai versi mesin Enigma. Pada bulan November 1942, selama Operasi Torch, sebuah mesin yang ditangkap tidak memiliki papan colokan dan tiga rotor telah diubah untuk berputar 11, 15, dan 19 kali daripada sekali setiap 26 huruf, ditambah pelat di sebelah kiri bertindak sebagai rotor keempat.^[17] Sejak Oktober 1944, Abwehr Jerman menggunakan Schlüsselgerät 41.^[18]

Kode Abwehr telah dipecahkan pada tanggal 8 Desember 1941 oleh Dilly Knox. Agen mengirim pesan ke Abwehr dalam kode sederhana yang kemudian dikirim menggunakan mesin Enigma. Kode-kode sederhana dipecahkan dan membantu memecahkan sandi Enigma harian. Pemecahan kode ini memungkinkan Sistem Double-Cross untuk beroperasi.^[19]

Seperti mesin rotor lainnya, mesin Enigma merupakan kombinasi subsistem mekanik dan listrik. Subsistem mekanis terdiri atas papan ketik; seperangkat cakram berputar yang disebut rotor yang disusun berdekatan di sepanjang poros; satu dari berbagai komponen penggerak untuk memutar setidaknya satu rotor setiap kali tombol ditekan, dan serangkaian lampu, satu untuk setiap huruf. Fitur-fitur desain ini adalah alasan mengapa mesin Enigma awalnya disebut sebagai mesin sandi berbasis rotor saat pertama kali diciptakan pada tahun 1915.^[20]

Jalur listrik adalah rute bagi arus untuk mengalir. Dengan memanipulasi fenomena ini, mesin Enigma mampu mengacak pesan. ^[21] Bagian mekanis bekerja dengan membentuk sirkuit listrik yang bervariasi. Ketika tombol ditekan, satu atau lebih rotor berputar pada poros. Pada sisi rotor terdapat serangkaian kontak listrik yang, setelah berputar, sejajar dengan kontak pada rotor lain atau kabel tetap pada kedua ujung spindel. Ketika rotor sejajar dengan benar, setiap tombol pada keyboard terhubung ke jalur listrik unik melalui serangkaian kontak dan kabel internal. Arus listrik, biasanya dari baterai, mengalir melalui tombol yang ditekan, ke rangkaian yang baru dikonfigurasikan, dan kembali keluar lagi, yang pada akhirnya menyalakan satu lampu tampilan, yang menampilkan huruf keluaran. Misalnya, saat mengenkripsi pesan yang memulai ANX..., operator pertama-tama akan menekan tombol A, dan lampu Z mungkin menyala, sehingga Z akan menjadi huruf pertama dari ciphertext. Operator selanjutnya akan menekan N, lalu X dengan cara yang sama, dan seterusnya.

Arus mengalir dari baterai (1) melalui sakelar keyboard dua arah yang ditekan (2) ke papan colokan (3). Selanjutnya, melewati colokan “A” (3) (yang tidak digunakan dalam contoh ini, jadi ditampilkan tertutup) melalui roda masuk (4), melalui kabel tiga rotor (Wehrmacht Enigma) atau empat rotor (varian Kriegsmarine M4 dan Abwehr ) yang terpasang (5), dan memasuki reflektor (6). Reflektor mengembalikan arus, melalui jalur yang sama sekali berbeda, kembali melalui rotor (5) dan roda masuk (4), melewati colokan "S" (7) yang dihubungkan dengan kabel (8) ke colokan "D", dan sakelar dua arah lainnya (9) untuk menyalakan lampu yang sesuai. ^[22]

Perubahan berulang jalur listrik melalui pengacak Enigma menerapkan sandi substitusi polialfabetik yang menyediakan keamanan Enigma. Diagram di sebelah kanan menunjukkan bagaimana jalur listrik berubah setiap kali tombol ditekan, yang menyebabkan putaran setidaknya rotor sebelah kanan. Arus mengalir ke dalam rangkaian rotor, masuk dan keluar lagi dari reflektor, lalu keluar lagi melalui rotor. Garis yang berwarna abu-abu merupakan jalur lain yang mungkin dalam setiap rotor; jalur ini dihubungkan secara permanen dari satu sisi rotor ke sisi lainnya. Huruf A dienkripsi secara berbeda dengan penekanan tombol berturut-turut, pertama ke G, lalu ke C. Hal ini karena rotor sebelah kanan melangkah (berputar satu posisi) pada setiap penekanan tombol, mengirimkan sinyal pada rute yang sama sekali berbeda. Akhirnya rotor lainnya bergerak dengan menekan satu tombol.

Rotor (atau roda atau drum, Walzen dalam bahasa Jerman) membentuk jantung mesin Enigma. Setiap rotor adalah cakram berukuran sekitar 10 cm (3,9 in) dengan diameter, terbuat dari Ebonit atau Bakelit dengan 26 pin kontak listrik pegas yang terbuat dari kuningan, disusun melingkar pada satu sisi, sedangkan sisi lainnya menampung 26 kontak listrik bersesuaian dalam bentuk pelat bundar. Pin dan kontak mewakili alfabet —biasanya 26 huruf A–Z, seperti yang diasumsikan pada sisa deskripsi ini. Ketika rotor dipasang berdampingan pada spindel, pin pada salah satu rotor bersandar pada kontak pelat rotor di sebelahnya, sehingga membentuk sambungan listrik. Di dalam badan rotor, 26 kabel menghubungkan setiap pin di satu sisi ke kontak di sisi lain dalam pola yang rumit. Kebanyakan rotor diidentifikasi dengan angka Romawi, dan setiap salinan rotor I yang dikeluarkan, misalnya, dihubungkan secara identik dengan yang lainnya. Hal yang sama berlaku untuk rotor beta dan gamma tipis khusus yang digunakan dalam varian angkatan laut M4.

Dengan sendirinya, rotor hanya melakukan jenis enkripsi yang sangat sederhana, sandi substitusi sederhana. Misalnya, pin yang bersesuaian dengan huruf E dapat dihubungkan ke kontak untuk huruf T di sisi yang berlawanan, dan seterusnya. Keamanan Enigma berasal dari penggunaan beberapa rotor secara seri (biasanya tiga atau empat) dan pergerakan langkah rotor yang teratur, sehingga menerapkan sandi substitusi polialfabetik.

Setiap rotor dapat diatur ke salah satu dari 26 posisi awal saat ditempatkan di mesin Enigma. Setelah dimasukkan, rotor dapat diputar ke posisi yang benar dengan tangan, menggunakan roda jari beralur yang menonjol dari penutup internal Enigma saat ditutup. Agar operator mengetahui posisi rotor, masing-masing memiliki ban alfabet (atau cincin huruf) yang terpasang di luar cakram rotor, dengan 26 karakter (biasanya huruf); salah satunya terlihat melalui jendela untuk slot di penutup, yang dengan demikian menunjukkan posisi putaran rotor. Pada model awal, cincin alfabet dipasang pada cakram rotor. Perbaikan selanjutnya adalah kemampuan untuk menyesuaikan cincin alfabet relatif terhadap cakram rotor. Posisi cincin tersebut dikenal sebagai Ringstellung ("pengaturan cincin"), dan pengaturan tersebut merupakan bagian dari pengaturan awal yang diperlukan sebelum sesi operasi. Dalam istilah modern, ini adalah bagian dari vektor inisialisasi.

Tiap rotor berisi satu atau lebih takik yang mengendalikan langkah rotor. Pada varian militer, takik terletak pada cincin alfabet.

Enigma Angkatan Darat dan Angkatan Udara digunakan dengan beberapa rotor, awalnya tiga. Pada tanggal 15 Desember 1938, jumlahnya berubah menjadi lima, dari sana dipilih tiga untuk sesi tertentu. Rotor ditandai dengan angka Romawi untuk membedakannya: I, II, III, IV dan V, semuanya dengan takik putaran tunggal yang terletak di titik berbeda pada cincin alfabet. Variasi ini mungkin dimaksudkan sebagai tindakan keamanan, tetapi akhirnya memungkinkan Metode Jam Polandia dan serangan Banburismus Inggris.

Versi Angkatan Laut dari Enigma Wehrmacht selalu dikeluarkan dengan lebih banyak rotor daripada layanan lainnya: Awalnya enam, lalu tujuh, dan akhirnya delapan. Rotor tambahan diberi tanda VI, VII, dan VIII, semuanya dengan kabel berbeda, dan memiliki dua takik, sehingga mengakibatkan pergantian lebih sering. Mesin Naval Enigma (M4) empat rotor menampung rotor tambahan di ruang yang sama dengan versi tiga rotor. Hal ini dicapai dengan mengganti reflektor asli dengan yang lebih tipis dan menambahkan rotor keempat yang tipis. Rotor keempat adalah salah satu dari dua jenis, Beta atau Gamma, dan tidak pernah melangkah, tetapi dapat diatur secara manual ke salah satu dari 26 posisi. Salah satu dari 26 mesin tersebut membuat mesin tersebut bekerja secara identik dengan mesin tiga rotor.

Untuk menghindari sekadar menerapkan sandi substitusi sederhana (yang dapat dipecahkan), setiap penekanan tombol menyebabkan satu atau lebih rotor melangkah sejauh seperdua puluh enam putaran penuh, sebelum sambungan listrik dibuat. Ini mengubah alfabet substitusi yang digunakan untuk enkripsi, memastikan bahwa substitusi kriptografi berbeda pada setiap posisi rotor baru, menghasilkan sandi substitusi polialfabetik yang lebih tangguh. Mekanisme langkahnya sedikit bervariasi dari model ke model. Rotor sebelah kanan bergerak satu kali setiap kali tombol ditekan, sedangkan rotor lainnya bergerak lebih jarang.

Takik disebut turnover oleh Inggris. Hal ini dicapai dengan mekanisme ratchet dan pawl. Setiap rotor memiliki ratchet dengan 26 gigi dan setiap kali kunci ditekan, rangkaian pawl berpegas bergerak maju secara serempak, mencoba mengunci ratchet. Cincin alfabet rotor di sebelah kanan biasanya mencegah hal ini. Saat cincin ini berputar bersama rotornya, takik yang dibuat pada cincin tersebut pada akhirnya akan sejajar dengan pawl, sehingga memungkinkan cincin tersebut terhubung dengan ratchet dan memajukan rotor di sebelah kirinya. Pawl sebelah kanan, yang tidak mempunyai rotor dan cincin di sebelah kanannya, menggerakkan rotornya setiap kali menekan tuts.^[23] Untuk rotor takik tunggal di posisi kanan, rotor tengah melangkah satu kali untuk setiap 26 langkah rotor kanan. Hal yang sama berlaku untuk rotor dua dan tiga. Untuk rotor dua takik, rotor di sebelah kirinya akan berputar dua kali untuk setiap putaran.

Lima rotor pertama yang diperkenalkan (I–V) masing-masing berisi satu takik, sementara rotor angkatan laut tambahan VI, VII, dan VIII masing-masing memiliki dua takik. Posisi takik pada setiap rotor ditentukan oleh cincin huruf yang dapat disesuaikan dalam kaitannya dengan inti yang berisi interkoneksi. Titik-titik pada cincin yang menyebabkan roda berikutnya bergerak adalah sebagai berikut.^[24]

Rotor	Posisi turnover	mnemonik BP
I	R	Kerajaan
II	F	Bendera
III	W	Melambai
IV	K	Raja
V	A	Di atas
VI, VII dan VIII	A dan N

Desainnya juga menyertakan fitur yang dikenal sebagai double-stepping. Hal ini terjadi ketika masing-masing pawl sejajar dengan ratchet rotornya dan cincin berlekuk yang berputar pada rotor di sebelahnya. Jika pawl terikat pada ratchet melalui penyelarasan dengan takik, saat bergerak maju pawl akan mendorong ratchet dan takik, sehingga memajukan kedua rotor. Pada mesin tiga rotor, langkah ganda hanya mempengaruhi rotor dua. Jika, ketika bergerak maju, ratchet rotor tiga diaktifkan, rotor dua akan bergerak lagi pada penekanan tombol berikutnya, yang menghasilkan dua langkah berurutan. Rotor dua juga mendorong rotor satu ke depan setelah 26 langkah, tetapi karena rotor satu bergerak maju dengan setiap penekanan tombol, tidak ada langkah ganda. ^[25] Langkah ganda ini menyebabkan rotor menyimpang dari gerakan teratur gaya odometer.

Dengan tiga roda dan hanya takik tunggal di roda pertama dan kedua, mesin memiliki periode 26×25× = 16.900 (bukan 26×26×26, karena langkah ganda).^[26] Secara historis, pesan dibatasi hingga beberapa ratus huruf, sehingga tidak ada peluang untuk mengulangi posisi rotor gabungan apa pun selama satu sesi, menyangkal petunjuk berharga kriptanalisis.

Untuk memberi ruang bagi rotor keempat Angkatan Laut, reflektor dibuat lebih tipis. Rotor keempat dipasang pada ruang yang tersedia. Tidak ada perubahan lain yang dilakukan, yang memudahkan pergantian. Karena hanya ada tiga pawl, rotor keempat tidak pernah melangkah, tetapi dapat diatur secara manual ke salah satu dari 26 posisi yang memungkinkan.

Sebuah perangkat yang dirancang, tetapi tidak diimplementasikan sebelum perang berakhir, adalah Lückenfüllerwalze (roda pengisi celah) yang menerapkan langkah tidak teratur. Ini memungkinkan konfigurasi lapangan takik di semua 26 posisi. Jika jumlah takik merupakan bilangan prima relatif 26 dan jumlah takik berbeda untuk setiap roda, langkahnya akan lebih tidak dapat diprediksi. Seperti Umkehrwalze-D, hal ini juga memungkinkan kabel internal untuk dikonfigurasi ulang.^[27]

Roda masuk ini (Eintrittswalze dalam bahasa Jerman), atau stator masuk, menghubungkan papan colokan ke rakitan rotor. Jika papan colokan tidak ada, roda masuk akan menghubungkan keyboard dan papan lampu ke rakitan rotor. Meskipun kabel yang digunakan secara tepat tidak terlalu penting bagi keamanan, namun hal itu terbukti menjadi kendala bagi kemajuan Rejewski selama studinya tentang kabel rotor. Enigma komersial menghubungkan tombol-tombol dalam urutan sekuensinya pada papan ketik QWERTZ : Q → A, W → B, E → C dan seterusnya. Enigma militer menghubungkannya dalam urutan abjad: A → A, B → B, C → C, dan seterusnya. Rejewski butuh tebakan yang jitu untuk memahami modifikasi tersebut.

Kecuali model A dan B, rotor terakhir muncul sebelum 'reflektor' (bahasa Jerman: Umkehrwalze, yang berarti 'rotor pembalik'), sebuah fitur yang dipatenkan ^[28] yang unik untuk Enigma di antara berbagai mesin rotor pada masa itu. Reflektor menghubungkan keluaran rotor terakhir secara berpasangan, mengalihkan arus kembali melalui rotor melalui rute yang berbeda. Reflektor memastikan bahwa Enigma akan bersifat timbal balik ; dengan demikian, dengan dua mesin yang dikonfigurasikan secara identik, suatu pesan dapat dienkripsi pada satu mesin dan didekripsi pada mesin lainnya, tanpa memerlukan mekanisme besar untuk beralih antara mode enkripsi dan dekripsi. Reflektor memungkinkan desain yang lebih ringkas, tetapi juga memberi Enigma properti bahwa tidak ada huruf yang pernah dienkripsi untuk dirinya sendiri. Ini adalah kelemahan kriptologi serius yang kemudian dieksploitasi oleh pemecah kode.

Pada Model 'C', reflektor dapat dimasukkan pada salah satu dari dua posisi berbeda. Dalam Model 'D', reflektor dapat diatur dalam 26 kemungkinan posisi, meskipun tidak bergerak selama enkripsi. Dalam Enigma Abwehr, reflektor melangkah selama enkripsi dengan cara yang mirip dengan roda lainnya.

Pada Enigma Angkatan Darat dan Angkatan Udara Jerman, reflektornya tetap dan tidak berputar; ada empat versi. Versi asli ditandai 'A',^[29] dan digantikan oleh Umkehrwalze B pada tanggal 1 November 1937. Versi ketiga, Umkehrwalze C digunakan secara singkat pada tahun 1940, mungkin karena kesalahan, dan diselesaikan oleh Hut 6.^[30] Versi keempat, pertama kali diamati pada tanggal 2 Januari 1944, memiliki reflektor yang dapat dipasang kembali, disebut Umkehrwalze D, dijuluki Paman Dick oleh Inggris, yang memungkinkan operator Enigma untuk mengubah koneksi sebagai bagian dari pengaturan kunci.

Papan colokan (Steckerbrett dalam bahasa Jerman) memperbolehkan pemasangan kabel variabel yang dapat dikonfigurasi ulang oleh operator. Ini diperkenalkan pada versi Angkatan Darat Jerman pada tahun 1928, ^[31] dan segera diadopsi oleh Reichsmarine (Angkatan Laut Jerman). Papan colokan memberikan kekuatan kriptografi yang lebih besar dibandingkan rotor tambahan, karena memiliki 150 triliun kemungkinan pengaturan (lihat di bawah). ^[32] Enigma tanpa papan colokan (dikenal sebagai Enigma tak terkunci ) dapat dipecahkan secara relatif mudah menggunakan metode manual; teknik ini secara umum dikalahkan oleh papan colokan, yang mendorong para kriptanalis Sekutu untuk mengembangkan mesin khusus guna memecahkannya.

Kabel yang dipasang pada papan colokan menghubungkan huruf-huruf secara berpasangan; misalnya, E dan Q mungkin merupakan pasangan yang diikat erat. Efeknya adalah menukar huruf-huruf sebelum dan sesudah unit pengacak rotor utama. Misalnya, ketika operator menekan E, sinyal dialihkan ke Q sebelum memasuki rotor. Hingga 13 pasang yang diikat dapat digunakan pada satu waktu, meskipun hanya 10 yang biasanya digunakan.

Arus mengalir dari keyboard melalui papan colokan, dan menuju ke rotor masuk atau Eintrittswalze. Setiap huruf pada papan colokan memiliki dua jack. Memasukkan steker akan memutuskan sambungan jack atas (dari keyboard) dan jack bawah (ke rotor masuk) pada huruf tersebut. Steker pada ujung lain kabel silang dimasukkan ke jack huruf lainnya, sehingga mengganti sambungan kedua huruf tersebut.

Fitur-fitur lain membuat berbagai mesin Enigma lebih aman dan lebih nyaman.^[33]

Beberapa Enigma M4 menggunakan Schreibmax, printer kecil yang dapat mencetak 26 huruf pada pita kertas sempit. Ini menghilangkan perlunya operator kedua untuk membaca lampu dan menyalin huruf-hurufnya. Schreibmax ditempatkan di atas mesin Enigma dan dihubungkan ke panel lampu. Untuk memasang printer, penutup lampu dan bohlam lampu harus dilepas. Hal ini meningkatkan kenyamanan dan keamanan operasional; printer dapat diinstal dari jarak jauh sehingga petugas sinyal yang mengoperasikan mesin tidak perlu lagi melihat teks biasa yang didekripsi.

Aksesori lainnya adalah panel lampu jarak jauh Fernlesegerät. Untuk mesin yang dilengkapi panel tambahan, kotak kayu Enigma lebih lebar dan dapat menyimpan panel tambahan. Versi panel lampu bisa disambungkan kemudian, namun seperti halnya Schreibmax, hal tersebut memerlukan pelepasan panel lampu dan bohlam lampu.^[34] Panel jarak jauh memungkinkan seseorang untuk membaca teks biasa yang didekripsi tanpa operator melihatnya.

Pada tahun 1944, Luftwaffe memperkenalkan sakelar papan colokan, yang disebut Uhr (jam), sebuah kotak kecil berisi sakelar dengan 40 posisi. Ini menggantikan busi standar. Setelah menghubungkan steker, seperti yang ditentukan dalam lembar kunci harian, operator memutar sakelar ke salah satu dari 40 posisi, masing-masing menghasilkan kombinasi kabel steker yang berbeda. Sebagian besar sambungan colokan ini, tidak seperti colokan standar, tidak berpasangan.^[35] Pada satu posisi sakelar, Uhr tidak menukar huruf, tetapi hanya meniru 13 kabel stecker dengan colokan.

Transformasi Enigma untuk setiap huruf dapat ditentukan secara matematis sebagai produk permutasi.^[7] Dengan mengasumsikan Enigma Angkatan Darat/Angkatan Udara Jerman dengan tiga rotor, biarkan P menunjukkan transformasi papan colokan, U menunjukkan transformasi reflektor (${\displaystyle U=U^{-1}}$), dan L, M, R masing-masing menunjukkan rotor kiri, tengah, dan kanan. Maka enkripsi E dapat dinyatakan sebagai

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

Setelah setiap penekanan tombol, rotor berputar, mengubah transformasi. Misalnya, jika rotor kanan R diputar n posisi, transformasinya menjadi

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

di mana ρ adalah pemetaan permutasi siklik yang memetakan A ke B, B ke C, dan seterusnya. Demikian pula, rotor tengah dan kiri dapat direpresentasikan sebagai rotasi j dan k dari M dan L Transformasi enkripsi kemudian dapat dijelaskan sebagai

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

Menggabungkan tiga rotor dari satu set lima, masing-masing 3 pengaturan rotor dengan 26 posisi, dan papan colokan dengan sepuluh pasang huruf yang terhubung, Enigma militer memiliki 158.962.555.217.826.360.000 pengaturan berbeda (hampir 159 kuintiliun atau sekitar 67 bit).^[36]

• Pilih 3 rotor dari satu set 5 rotor = 5 x 4 x 3 = 60
• 26 posisi per rotor = 26 x 26 x 26 = 17.576
• Papan colokan = 26! / (6!x10!x2^10) = 150.738.274.937.250
• Kalikan setiap angka di atas = 158.962.555.217.826.360.000

1. ^ Much of the German cipher traffic was encrypted on the Enigma machine, and the term "Ultra" has often been used almost synonymously with "Enigma decrypts". Ultra also encompassed decrypts of the German Lorenz SZ 40 and 42 machines that were used by the German High Command, and decrypts of Hagelin ciphers and other Italian ciphers and codes, as well as of Japanese ciphers and codes such as Purple and JN-25.