آلة إنجما

كان هانز-ثيلو شميدت ألمانيًا تجسس لصالح الفرنسيين ، وحصل على مواد تشفير ألمانية تضمنت المفاتيح اليومية المستخدمة في سبتمبر وأكتوبر 1932. وشملت هذه المفاتيح إعدادات لوحة التوصيل. سلم الفرنسيون هذه المواد إلى بولندا . في ديسمبر 1932 تقريبًا، استخدم ماريان ريجيفسكي ، عالم الرياضيات وخبير التشفير البولندي في مكتب التشفير البولندي ، نظرية التباديل ^{[ 9 ]} وثغرات في إجراءات تشفير الرسائل العسكرية الألمانية، لفك مفاتيح رسائل آلة إنجما ذات لوحة التوصيل. ^{[ 10 ]} استخدم ريجيفسكي المواد الفرنسية وحركة الرسائل التي جرت في سبتمبر وأكتوبر لحل لغز توصيلات الدوار المجهولة. ونتيجة لذلك، تمكن علماء الرياضيات البولنديون من بناء آلات إنجما خاصة بهم، أطلقوا عليها اسم "آلات إنجما المزدوجة ". تلقى ريجيفسكي المساعدة من زميليه عالم الرياضيات وخبراء التشفير جيرزي روزيكي وهنريك زيغالسكي ، وكلاهما تم تجنيدهما مع ريجيفسكي من جامعة بوزنان ، والتي تم اختيارها لمعرفة طلابها باللغة الألمانية، حيث كانت تلك المنطقة تحت سيطرة ألمانيا قبل الحرب العالمية الأولى. طور مكتب التشفير البولندي تقنيات لاختراق لوحة التوصيل والعثور على جميع مكونات المفتاح اليومي، مما مكن مكتب التشفير من قراءة رسائل إنجما الألمانية بدءًا من يناير 1933. ^{[ 11 ]}

بمرور الوقت، تحسّنت إجراءات التشفير الألمانية، وطوّر مكتب التشفير تقنيات وصمّم أجهزة ميكانيكية لمواصلة قراءة بيانات إنجما. وكجزء من هذا الجهد، استغل البولنديون خصائص دوّارات إنجما، وجمعوا فهارس، وبنوا جهاز قياس سرعة الدوران (من اختراع ريجيفسكي) للمساعدة في إنشاء فهرس يضم 100,000 مدخل، وابتكروا وأنتجوا أوراق زيغالسكي ، وبنوا جهاز التشفير الكهروميكانيكي (من اختراع ريجيفسكي) للبحث عن إعدادات الدوّارات. في عام 1938، كان لدى البولنديين ستة أجهزة تشفير (جمع بومبا )، ولكن عندما أضاف الألمان دوّارين آخرين في ذلك العام، كان سيلزم عشرة أضعاف عدد أجهزة التشفير لقراءة البيانات. ^{[ 12 ]}

في 26 و27 يوليو 1939، ^{[ 13 ]} في بيري ، جنوب وارسو مباشرة ، عرّف البولنديون ممثلي المخابرات العسكرية الفرنسية والبريطانية على تقنيات ومعدات فك تشفير إنجما البولندية ، بما في ذلك أوراق زيغالسكي والقنبلة المشفرة، ووعدوا كل وفد بجهاز إنجما بولندي مُعاد بناؤه (سرعان ما تم تسليم الأجهزة). ^{[ 14 ]}

في سبتمبر 1939، توجهت البعثة العسكرية البريطانية الرابعة، التي ضمت كولين غوبينز وفيرا أتكينز ، إلى بولندا بهدف إجلاء خبراء فك الشفرات ماريان ريجيفسكي ، وجيرزي روزيكي ، وهنريك زيغالسكي من البلاد. إلا أن رؤساءهم كانوا قد أجلوهم إلى رومانيا، التي كانت آنذاك دولة حليفة لبولندا. وفي الطريق، ولأسباب أمنية، قام موظفو مكتب التشفير البولندي بتدمير سجلاتهم ومعداتهم عمدًا. ومن رومانيا، سافروا إلى فرنسا، حيث استأنفوا عملهم في مجال فك الشفرات، متعاونين مع البريطانيين الذين بدأوا العمل على فك تشفير رسائل إنجما الألمانية، مستخدمين المعدات والتقنيات البولندية. ^{[ 15 ]}

كان من بين المنضمين إلى جهود تحليل الشفرات في فرنسا فريقٌ مؤلف من سبعة خبراء تشفير إسبان، يُعرف باسم "إكيبو دي" (الفريق د)، بقيادة أنطونيو كامازون ، الرئيس السابق لجهاز التشفير ( سيرفيسيو دي إنفورماسيون ميليتار ) التابع للجيش الجمهوري الإسباني خلال الحرب الأهلية الإسبانية . بعد سقوط الجمهورية عام ١٩٣٩، لجأ كامازون وزملاؤه إلى فرنسا، حيث جندهم ضابط المخابرات الفرنسي غوستاف بيرتراند . تم تعيينهم في مركز بي سي برونو بالقرب من باريس، حيث عملوا جنبًا إلى جنب مع محللي الشفرات البولنديين على تحليل حركة البيانات المشفرة بواسطة آلة إنجما، وساهموا في تطوير أساليب فك التشفير البولندية.

خلال الحملة النرويجية (8 أبريل - 10 يونيو 1940)، تم الاستيلاء على ثلاث آلات تشفير إنجما سليمة تابعة للجيش الألماني وسلاح الجو ( لوفتفافه ). وابتداءً من 17 مايو 1940، تم تشغيلها في مركز الاستخبارات البريطاني في بليتشلي بارك . ^{[ 16 ]}

بعد الغزو الألماني لفرنسا في يونيو 1940 ، انتقل الفريق الإسباني أولًا إلى مركز قادس في المنطقة الخاضعة لسيطرة حكومة فيشي ، ثم لاحقًا إلى الجزائر ، حيث واصلوا عملهم مع الحلفاء الغربيين. وشملت مهامهم فك التشفير يدويًا، وإعادة بناء إعدادات الدوار، وتحليل حركة الرسائل. ورغم أن مساهمتهم ظلت مجهولة إلى حد كبير لعقود، إلا أن الأبحاث التاريخية والأفلام الوثائقية الحديثة سلطت الضوء على دورهم في جهود الحلفاء الأوسع لفك شفرة إنجما. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

كتب غوردون ويلشمان ، الذي أصبح رئيسًا لوحدة "هات 6 ألترا" في بليتشلي بارك: "لم يكن مشروع "هات 6 ألترا " ليُكتب له النجاح لولا أننا تعلمنا من البولنديين، في الوقت المناسب تمامًا، تفاصيل النسخة العسكرية الألمانية من آلة إنجما التجارية، وإجراءات التشغيل المتبعة". وشكّل نقل النظرية والتكنولوجيا من بولندا في بيري الأساس الحاسم لجهود فك تشفير إنجما البريطانية اللاحقة خلال الحرب العالمية الثانية في بليتشلي بارك ، حيث كان ويلشمان يعمل. ^{[ 20 ]}

خلال الحرب، تمكن خبراء التشفير البريطانيون من فك تشفير عدد هائل من الرسائل المشفرة على جهاز إنجما. وقد شكلت المعلومات الاستخباراتية المستقاة من هذا المصدر، الذي أطلق عليه البريطانيون الاسم الرمزي " ^{ألترا "} ، عوناً كبيراً للمجهود ^الحربي للحلفاء .

على الرغم من وجود بعض نقاط الضعف في نظام التشفير "إنجما"، إلا أن العيوب الإجرائية الألمانية، وأخطاء المشغلين، وعدم إدخال تغييرات منهجية على إجراءات التشفير، واستيلاء الحلفاء على جداول المفاتيح والأجهزة، هي التي مكّنت خبراء التشفير التابعين للحلفاء من النجاح خلال الحرب. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

استخدمت الاستخبارات الألمانية (أبفير) نسخًا مختلفة من آلات إنجما. في نوفمبر 1942، خلال عملية الشعلة ، تم الاستيلاء على آلة لم تكن مزودة بلوحة توصيل، وتم تغيير دواراتها الثلاثة لتدور 11 و15 و19 مرة بدلاً من مرة واحدة كل 26 حرفًا، بالإضافة إلى لوحة على اليسار تعمل كدوار رابع. ^{[ 23 ]}

تمكن ديلي نوكس من فك شفرة جهاز الاستخبارات العسكرية الألمانية (أبفير) في 8 ديسمبر 1941. كان العملاء يرسلون رسائل إلى الأبفير بشفرة بسيطة، ثم تُرسل هذه الرسائل باستخدام جهاز إنجما. وقد ساهم فك هذه الشفرات البسيطة في فك شفرة إنجما اليومية. مكّن هذا الاختراق نظام الخداع المزدوج من العمل. ^{[ 23 ]} ومنذ أكتوبر 1944، استخدم جهاز أبفير الألماني جهاز الشفرات 41 بكميات محدودة. ^{[ 24 ]}

المسار الكهربائي هو طريقٌ لانتقال التيار. ومن خلال التلاعب بهذه الظاهرة، تمكنت آلة إنجما من تشفير الرسائل. ^{[ 25 ]} تعمل الأجزاء الميكانيكية بتشكيل دائرة كهربائية متغيرة . عند الضغط على مفتاح، يدور دوار واحد أو أكثر على محور الدوران. على جانبي الدوارات توجد سلسلة من نقاط التلامس الكهربائية التي، بعد الدوران، تصطف مع نقاط التلامس على الدوارات الأخرى أو الأسلاك الثابتة على طرفي محور الدوران. عندما تكون الدوارات محاذية بشكل صحيح، يتصل كل مفتاح على لوحة المفاتيح بمسار كهربائي فريد عبر سلسلة نقاط التلامس والأسلاك الداخلية. يتدفق التيار، عادةً من بطارية، عبر المفتاح المضغوط، إلى مجموعة الدوائر المُعاد تكوينها، ثم يعود للخارج، ليضيء في النهاية مصباح عرض واحد ، والذي يُظهر الحرف الناتج. على سبيل المثال، عند تشفير رسالة تبدأ بـ ANX... ، يضغط المشغل أولاً على المفتاح A ، وقد يضيء المصباح Z ، لذا سيكون Z هو الحرف الأول من النص المشفر . ثم يضغط المشغل على N ، ثم X بنفس الطريقة، وهكذا.

يتدفق التيار من البطارية (1) عبر مفتاح لوحة مفاتيح ثنائي الاتجاه مضغوط (2) إلى لوحة التوصيل (3). ثم يمر عبر القابس "أ" (3) (غير المستخدم في هذه الحالة، لذا يظهر مغلقًا) عبر عجلة الإدخال (4)، وعبر أسلاك الدوارات الثلاثة (في جهاز إنجما التابع للفيرماخت) أو الأربعة (في طرازات M4 التابعة للبحرية الألمانية وطرازات الاستخبارات العسكرية الألمانية ) المثبتة (5)، ويدخل العاكس (6). يعيد العاكس التيار، عبر مسار مختلف تمامًا، عائدًا عبر الدوارات (5) وعجلة الإدخال (4)، مرورًا بالقابس "س" (7) المتصل بكابل (8) إلى القابس "د"، ومفتاح ثنائي الاتجاه آخر (9) لإضاءة المصباح المناسب. ^{[ 26 ]}

تُطبّق التغييرات المتكررة في المسار الكهربائي داخل جهاز تشفير إنجما شيفرة استبدال متعددة الأبجديات، مما يوفر أمان إنجما. يوضح الرسم البياني على اليمين كيف يتغير المسار الكهربائي مع كل ضغطة مفتاح، مما يؤدي إلى دوران الدوار الأيمن على الأقل. يمر التيار إلى مجموعة الدوارات، ثم إلى العاكس ويعود منه، ثم يخرج عبر الدوارات مرة أخرى. الخطوط الرمادية هي مسارات أخرى محتملة داخل كل دوار؛ وهي موصلة مباشرة من جانب كل دوار إلى الجانب الآخر. يُشفّر الحرف A بشكل مختلف مع كل ضغطة مفتاح متتالية، أولًا إلى G ، ثم إلى C. هذا لأن الدوار الأيمن يتحرك (يدور موضعًا واحدًا) مع كل ضغطة مفتاح، مُرسلًا الإشارة عبر مسار مختلف تمامًا. في النهاية، تتحرك دوارات أخرى مع كل ضغطة مفتاح.

تُشكّل الدوّارات (أو العجلات أو الأسطوانات ، Walzen بالألمانية) قلب آلة إنجما. كل دوّار عبارة عن قرص قطره حوالي 10 سم (3.9 بوصة) مصنوع من الإيبونيت أو الباكليت ، ويحتوي على 26 دبوسًا نحاسيًا زنبركيًا للتوصيل الكهربائي ، مرتبة بشكل دائري على أحد وجهيه، بينما يحتوي الوجه الآخر على 26 موصلًا كهربائيًا مماثلًا على شكل صفائح دائرية. تمثل الدبابيس والموصلات حروف الأبجدية - عادةً الأحرف من A إلى Z، كما هو مفترض في بقية هذا الوصف. عند تركيب الدوّارات جنبًا إلى جنب على المغزل، تلامس دبابيس أحد الدوّارات موصلات الصفيحة للدوّار المجاور، مُشكّلةً اتصالًا كهربائيًا. داخل جسم الدوّار، تربط 26 سلكًا كل دبوس على جانب بموصل على الجانب الآخر بنمط معقد. يتم تمييز معظم الدوّارات بالأرقام الرومانية، وكل نسخة مُصدّرة من الدوّار I، على سبيل المثال، موصلة بنفس طريقة توصيل جميع الدوّارات الأخرى. وينطبق الشيء نفسه على الدوارات الرقيقة الخاصة من نوعي بيتا وجاما المستخدمة في النسخة البحرية من دبابة M4 .   

بمفرده، لا يُؤدي الدوّار سوى نوع بسيط جدًا من التشفير ، وهو تشفير الاستبدال البسيط . على سبيل المثال، قد يتم توصيل الدبوس المقابل للحرف E بالطرف المقابل للحرف T على الوجه الآخر، وهكذا. يكمن أمان آلة إنجما في استخدام عدة دوّارات متصلة على التوالي (عادةً ثلاثة أو أربعة) والحركة المتدرجة المنتظمة لهذه الدوّارات، مما يُتيح تنفيذ تشفير استبدال متعدد الأبجديات.

يمكن ضبط كل دوّار على أحد 26 وضعية بدء عند وضعه في جهاز إنجما. بعد الإدخال، يُمكن تدوير الدوّار إلى الوضعية الصحيحة يدويًا باستخدام عجلة التدوير المُخددة البارزة من الغطاء الداخلي للجهاز عند إغلاقه. ولتمكين المُشغّل من معرفة وضعية الدوّار، يحتوي كل دوّار على حلقة أبجدية (أو حلقة حروف) مُثبّتة على سطحه الخارجي، تحمل 26 حرفًا (عادةً أحرفًا أبجدية)؛ يظهر أحد هذه الأحرف من خلال نافذة الفتحة الموجودة في الغطاء، مما يُشير إلى وضعية دوران الدوّار. في النماذج الأولى، كانت حلقة الحروف مُثبّتة على قرص الدوّار. ومن التحسينات اللاحقة إمكانية ضبط حلقة الحروف بالنسبة لقرص الدوّار. عُرفت وضعية الحلقة باسم " Ringstellung " (ضبط الحلقة)، وكان هذا الضبط جزءًا من الإعداد الأولي اللازم قبل بدء التشغيل. وبعبارة أخرى، كان جزءًا من متجه التهيئة .

يحتوي كل دوار على شق واحد أو أكثر يتحكم في حركة الدوار. في النسخ العسكرية، توجد الشقوق على حلقة الأبجدية.

استُخدمت أجهزة إنجما التابعة للجيش والقوات الجوية بعدة دوارات، ثلاثة في البداية. وفي 15 ديسمبر 1938، تغيّر العدد إلى خمسة، حيث كان يُختار ثلاثة منها لجلسة معينة. وتم تمييز الدوارات بأرقام رومانية : I، II، III، IV، وV، ولكل منها شقوق دوران فردية في نقاط مختلفة على حلقة الأحرف. وربما كان هذا الاختلاف إجراءً أمنيًا، ولكنه في النهاية سمح باختراق طريقة الساعة البولندية وهجمات بانبوريزموس البريطانية .

لطالما زُوِّدت النسخة البحرية من جهاز إنجما التابع للفيرماخت بعدد أكبر من الدوارات مقارنةً بباقي فروع القوات المسلحة: ستة في البداية، ثم سبعة، وأخيرًا ثمانية. وحملت الدوارات الإضافية علامات VI وVII وVIII، ولكل منها أسلاك توصيل مختلفة، بالإضافة إلى شقين، مما أدى إلى زيادة معدل تغييرها. واستوعب جهاز إنجما البحري ذو الأربعة دوارات (M4) دوارًا إضافيًا في نفس مساحة النسخة ذات الثلاثة دوارات. وقد تحقق ذلك باستبدال العاكس الأصلي بآخر أرق، وإضافة دوار رابع رقيق. وكان هذا الدوار الرابع من نوعين، بيتا أو جاما ، ولم يكن يعمل بنظام التدرج، بل كان بالإمكان ضبطه يدويًا على أي من 26 وضعًا. وكان أحد هذه الأوضاع الستة والعشرين يجعل الجهاز يعمل تمامًا مثل الجهاز ذي الثلاثة دوارات.

لتجنب تطبيق تشفير استبدال بسيط (قابل للحل)، كان كل ضغطة مفتاح تتسبب في تحرك دوار واحد أو أكثر بمقدار سدس وعشرين من دورة كاملة، قبل إتمام التوصيلات الكهربائية. أدى ذلك إلى تغيير أبجدية الاستبدال المستخدمة في التشفير، مما يضمن اختلاف الاستبدال التشفيري عند كل موضع جديد للدوار، وبالتالي إنتاج تشفير استبدال متعدد الأبجديات أكثر تعقيدًا. وقد اختلفت آلية التحرك قليلاً من طراز لآخر؛ حيث يتحرك الدوار الأيمن مرة واحدة مع كل ضغطة مفتاح، بينما تتحرك الدوارات الأخرى بوتيرة أقل.

أطلق البريطانيون على تقدم أي دوار غير الدوار الأيسر اسم " الدوران ". وكان ذلك يتم بواسطة آلية سقاطة ومخلب . يحتوي كل دوار على سقاطة ذات 26 سنًا، وفي كل مرة يُضغط فيها على مفتاح، تتحرك مجموعة المخالب الزنبركية للأمام في انسجام تام، محاولةً التعشيق مع السقاطة. عادةً ما تمنع حلقة الأبجدية الموجودة على الدوار الأيمن هذا التحرك. ومع دوران هذه الحلقة مع دوارها، فإن شقًا محفورًا فيها سيتواءم في النهاية مع المخلب، مما يسمح له بالتعشيق مع السقاطة، ودفع الدوار على يساره. المخلب الأيمن، لعدم وجود دوار أو حلقة على يمينه، كان يُحرك دواره مع كل ضغطة مفتاح. ^{[ 27 ]} بالنسبة لدوار ذي شق واحد في الوضع الأيمن، كان الدوار الأوسط يتحرك خطوة واحدة لكل 26 خطوة للدوار الأيمن. وينطبق الأمر نفسه على الدوارين الثاني والثالث. أما بالنسبة لدوار ذي شقين، فإن الدوار الموجود على يساره كان يدور مرتين لكل دورة.

احتوت الدوارات الخمسة الأولى التي تم إدخالها (من الأول إلى الخامس) على شق واحد لكل منها، بينما احتوت الدوارات البحرية الإضافية (السادس والسابع والثامن) على شقين لكل منها. وتم تحديد موضع الشق على كل دوار بواسطة حلقة الأحرف التي يمكن تعديلها بالنسبة إلى القلب الذي يحتوي على الوصلات البينية. وكانت النقاط على الحلقات التي تُحرك العجلة التالية كما يلي. ^{[ 28 ]}

تضمن التصميم أيضًا ميزة تُعرف باسم "الخطوة المزدوجة" . تحدث هذه الميزة عندما يتطابق كل لسان مع كل من ترس الدوار الخاص به وحلقة الدوران ذات الشق للدوار المجاور. إذا تعشّق لسان مع ترس من خلال محاذاته مع شق، فإنه أثناء تحركه للأمام يدفع كلاً من الترس والشق، مما يؤدي إلى تقدم كلا الدوارين. في آلة ثلاثية الدوارات، تؤثر الخطوة المزدوجة على الدوار الثاني فقط. إذا تعشّق ترس الدوار الثالث أثناء تحركه للأمام، فسيتحرك الدوار الثاني مرة أخرى مع ضغطة المفتاح التالية، مما ينتج عنه خطوتان متتاليتان. يدفع الدوار الثاني أيضًا الدوار الأول للأمام بعد 26 خطوة، ولكن نظرًا لأن الدوار الأول يتحرك للأمام مع كل ضغطة مفتاح على أي حال، فلا توجد خطوة مزدوجة. ^{[ 27 ]} تسببت هذه الخطوة المزدوجة في انحراف الدوارات عن الحركة المنتظمة التي تشبه عداد المسافات .

بثلاث عجلات وشق واحد فقط في العجلتين الأولى والثانية، كانت دورة الآلة 26×25×26  = 16900 (وليس 26×26×26، بسبب التكرار المزدوج). ^{[ 27 ]} تاريخيًا، كانت الرسائل محدودة ببضع مئات من الأحرف، وبالتالي لم تكن هناك فرصة لتكرار أي موضع دوار مُركّب خلال جلسة واحدة، مما حرم محللي الشفرات من أدلة قيّمة.

لإفساح المجال للمروحيات الرابعة البحرية، تم تقليل سمك العاكس بشكل ملحوظ. وتم تركيب المروحة الرابعة في المساحة المتاحة. لم تُجرَ أي تغييرات أخرى، مما سهّل عملية الاستبدال. وبما أن المروحة الرابعة تحتوي على ثلاث أذرع فقط، فإنها لا تتحرك بشكل ديناميكي، بل يمكن ضبطها يدويًا في أحد المواضع الستة والعشرين الممكنة.

كان جهاز "لوكينفولر فالزه " (عجلة ملء الفجوات) الذي صُمم، ولكن لم يُنفذ قبل نهاية الحرب، يُتيح حركة غير منتظمة. وقد سمح بضبط موضع الشقوق في جميع المواضع الستة والعشرين. إذا كان عدد الشقوق عددًا أوليًا نسبيًا للعدد 26، وكان عدد الشقوق مختلفًا لكل عجلة، فإن الحركة ستكون أكثر عشوائية. ومثل "أومكير فالزه-دي"، سمح أيضًا بإعادة تهيئة الأسلاك الداخلية. ^{[ 29 ]}

تربط عجلة الإدخال الحالية ( Eintrittswalze بالألمانية)، أو الجزء الثابت للإدخال، لوحة التوصيل بمجموعة الدوار. في حال عدم وجود لوحة التوصيل، تربط عجلة الإدخال لوحة المفاتيح ولوحة المصابيح بمجموعة الدوار. على الرغم من أن تفاصيل الأسلاك المستخدمة ليست ذات أهمية كبيرة للأمان، إلا أنها شكلت عائقًا أمام تقدم ريجيفسكي خلال دراسته لأسلاك الدوار. يربط جهاز إنجما التجاري المفاتيح بترتيب تسلسلها على لوحة مفاتيح QWERTZ : Q → A ، W → B ، E → C ، وهكذا. أما جهاز إنجما العسكري فيربطها بترتيب أبجدي مباشر: A → A ، B → B ، C → C ، وهكذا. وقد تطلب الأمر من ريجيفسكي تخمينًا ذكيًا لاختراق هذا التعديل.

باستثناء النموذجين A و B ، كان الدوار الأخير يسبق "عاكسًا" (بالألمانية: Umkehrwalze ، ويعني "دوار الانعكاس")، وهي ميزة حاصلة على براءة اختراع ^{[ 30 ]} فريدة من نوعها في جهاز إنجما مقارنةً بأجهزة الدوارات الأخرى في تلك الفترة. يربط العاكس مخارج الدوار الأخير في أزواج، ويعيد توجيه التيار عبر الدوارات من مسار مختلف. يضمن العاكس أن يكون جهاز إنجما متبادلًا ذاتيًا ؛ وبالتالي، باستخدام جهازين متطابقين في التكوين، يمكن تشفير رسالة على أحدهما وفك تشفيرها على الآخر، دون الحاجة إلى آلية ضخمة للتبديل بين وضعي التشفير وفك التشفير. سمح العاكس بتصميم أكثر إحكامًا، ولكنه منح إنجما أيضًا خاصية عدم إمكانية تشفير أي حرف لنفسه. كان هذا عيبًا تشفيريًا خطيرًا استغله محللو الشفرات لاحقًا.

في النموذج "ج"، كان بالإمكان إدخال العاكس في أحد موضعين مختلفين. أما في النموذج "د"، فكان بالإمكان ضبط العاكس في 26 موضعًا ممكنًا، مع أنه لم يكن يتحرك أثناء التشفير. وفي جهاز إنجما التابع لجهاز الاستخبارات العسكرية الألمانية (أبفير )، كان العاكس يتحرك أثناء التشفير بطريقة مشابهة للعجلات الأخرى.

في جهاز إنجما التابع للجيش والقوات الجوية الألمانية، كان العاكس ثابتًا ولا يدور؛ وكان هناك أربعة إصدارات. الإصدار الأصلي كان يحمل العلامة "A"، ^{[ 31 ]} واستُبدل بالإصدار "Umkehrwalze B" في 1 نوفمبر 1937. أما الإصدار الثالث، " Umkehrwalze C" ، فقد استُخدم لفترة وجيزة في عام 1940، ربما عن طريق الخطأ، وتم حله بواسطة Hut 6. [ ^{32 ] أما} الإصدار الرابع، الذي رُصد لأول مرة في 2 يناير 1944، فكان مزودًا بعاكس قابل لإعادة التوصيل، يُسمى "Umkehrwalze D" ، والذي أطلق عليه البريطانيون لقب "العم ديك"، مما يسمح لمشغل جهاز إنجما بتغيير التوصيلات كجزء من إعدادات المفتاح.

سمحت لوحة التوصيل ( Steckerbrett بالألمانية) بتوصيلات متغيرة يمكن إعادة تهيئتها من قِبل المُشغِّل. وقد طُرحت في نسخ الجيش الألماني عام 1928، ^{[ 33 ]} وسرعان ما اعتمدتها البحرية الألمانية ( الرايخسمارين ). وقد ساهمت لوحة التوصيل في تعزيز قوة التشفير أكثر من الدوّار الإضافي، إذ احتوت على 150 تريليون إعداد مُمكن (انظر أدناه). ^{[ 34 ]} ويمكن حلّ لغز إنجما بدون لوحة توصيل (المعروف باسم إنجما غير المُوصَّلة ) بسهولة نسبية باستخدام الطرق اليدوية؛ إلا أن هذه التقنيات كانت تُهزم عمومًا أمام لوحة التوصيل، مما دفع محللي الشفرات من الحلفاء إلى تطوير آلات خاصة لحلّه.

كان كابل موصول بلوحة التوصيل يربط الأحرف في أزواج؛ على سبيل المثال، قد يكون الحرفان E و Q زوجًا متصلًا. وكان الهدف من ذلك تبديل هذين الحرفين قبل وبعد وحدة تشويش الدوار الرئيسية. فعلى سبيل المثال، عندما يضغط المشغل على الحرف E ، يتم تحويل الإشارة إلى الحرف Q قبل دخولها إلى الدوارات. ويمكن استخدام ما يصل إلى 13 زوجًا متصلًا في وقت واحد، على الرغم من أنه عادةً ما يتم استخدام 10 أزواج فقط.

كان التيار الكهربائي يتدفق من لوحة المفاتيح عبر لوحة التوصيل، ثم ينتقل إلى وحدة الإدخال الدوارة ( Eintrittswalze ). يحتوي كل حرف على لوحة التوصيل على منفذين. يؤدي إدخال قابس إلى فصل المنفذ العلوي (من لوحة المفاتيح) والمنفذ السفلي (المتصل بوحدة الإدخال الدوارة) لذلك الحرف. يتم إدخال القابس الموجود في الطرف الآخر من الكابل المتقاطع في منافذ حرف آخر، مما يؤدي إلى تبديل توصيلات الحرفين.

ساهمت ميزات أخرى في جعل أجهزة إنجما المختلفة أكثر أمانًا أو أكثر ملاءمة. ^{[ 35 ]}

الساعة

في عام 1944، قدم سلاح الجو الألماني (لوفتفافه) مفتاحًا كهربائيًا يُسمى "أور" (الساعة)، وهو عبارة عن صندوق صغير يحتوي على مفتاح ذي 40 وضعًا. وقد حل هذا المفتاح محل المقابس القياسية. بعد توصيل المقابس، وفقًا لما هو محدد في ورقة المفاتيح اليومية، يقوم المشغل بتدوير المفتاح إلى أحد الأوضاع الأربعين، حيث ينتج عن كل وضع تركيبة مختلفة من توصيلات المقابس. معظم هذه التوصيلات، على عكس المقابس القياسية، لم تكن ثنائية. ^{[ 26 ]} في أحد أوضاع المفتاح، لم يقم مفتاح "أور" بتبديل الأحرف، بل قام ببساطة بمحاكاة أسلاك التوصيل الثلاثة عشر باستخدام المقابس.

يمكن تحديد تحويل إنجما لكل حرف رياضيًا كحاصل ضرب تباديل . ^{[ 9 ]} بافتراض وجود إنجما بثلاثة دوارات تابعة للجيش/القوات الجوية الألمانية، فلنرمز بـ P إلى تحويل لوحة التوصيل، و U إلى تحويل العاكس (${\displaystyle U=U^{-1}}$)، و L و M و R تشير إلى قيم الدوارات اليسرى والوسطى واليمنى على التوالي. عندئذٍ، يمكن التعبير عن التشفير E على النحو التالي:

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

بعد كل ضغطة مفتاح، تدور الدوارات، مما يغير التحويل. على سبيل المثال، إذا تم تدوير الدوار الأيمن R بمقدار n موضعًا، يصبح التحويل

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

حيث ρ هي عملية التبديل الدوري التي تربط A بـ B، وB بـ C، وهكذا. وبالمثل، يمكن تمثيل الدوارين الأوسط والأيسر بدوران j و k للدوارين M و L. ويمكن وصف عملية التشفير على النحو التالي:

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

بدمج ثلاثة دوارات من مجموعة مكونة من خمسة، ولكل دوار من الدوارات الثلاثة 26 موضعًا، ولوحة التوصيل المكونة من عشرة أزواج من الأحرف المتصلة، فإن جهاز إنجما العسكري يحتوي على 158,962,555,217,826,360,000 إعدادًا مختلفًا (ما يقرب من 159 كوينتيليون أو حوالي 67 بت ). ^{[ 34 ]}

• اختر 3 دوارات من مجموعة مكونة من 5 دوارات = 5 × 4 × 3 = 60
• 26 موضعًا لكل دوار = 26 × 26 × 26 = 17576
• لوحة التوصيل = 26! / (6! × 10! × 2^10) = 150,738,274,937,250
• اضرب كل ما سبق = 158,962,555,217,826,360,000

كان يُعطى مشغل جهاز إنجما الألماني رسالة نصية عادية لتشفيرها. بعد إعداد جهازه، كان يكتب الرسالة على لوحة مفاتيح إنجما. مع كل حرف يُضغط عليه، كان يضيء مصباح يشير إلى حرف مختلف وفقًا لعملية استبدال شبه عشوائية تحددها المسارات الكهربائية داخل الجهاز. كان الحرف الذي يشير إليه المصباح يُسجل، عادةً بواسطة مشغل ثانٍ، كحرف النص المشفر . كما أن الضغط على مفتاح كان يُحرك دوارًا واحدًا أو أكثر، بحيث يستخدم الضغط التالي على المفتاح مسارًا كهربائيًا مختلفًا، وبالتالي يحدث استبدال مختلف حتى لو أُدخل نفس حرف النص العادي مرة أخرى. مع كل ضغطة مفتاح، كان هناك دوران للدوار الأيمن على الأقل، ونادرًا ما يدور الدواران الآخران، مما ينتج عنه استخدام أبجدية استبدال مختلفة لكل حرف في الرسالة. استمرت هذه العملية حتى اكتمال الرسالة. ثم يُرسل النص المشفر الذي سجله المشغل الثاني، عادةً عبر الراديو بلغة مورس ، إلى مشغل جهاز إنجما آخر. سيقوم هذا المشغل بكتابة النص المشفر،  وطالما كانت جميع إعدادات آلة فك التشفير مطابقة لتلك الخاصة بآلة التشفير  ، فسيتم إجراء الاستبدال العكسي مع كل ضغطة مفتاح، وستظهر رسالة النص العادي.

أثناء الاستخدام، تطلّب جهاز إنجما قائمةً بإعدادات المفاتيح اليومية ووثائق إضافية. في الممارسة العسكرية الألمانية، قُسّمت الاتصالات إلى شبكات منفصلة، ​​تستخدم كلٌّ منها إعدادات مختلفة. سُمّيت شبكات الاتصالات هذه " مفاتيح" في بليتشلي بارك ، وحُدّدت لها أسماء رمزية ، مثل "الأحمر" و "العصفور" و "القرش" . مُنحت كل وحدة عاملة في الشبكة قائمة الإعدادات نفسها لجهاز إنجما الخاص بها، صالحة لفترة زمنية محددة. كانت إجراءات استخدام جهاز إنجما في البحرية الألمانية أكثر تعقيدًا وأمانًا من تلك المُستخدمة في الخدمات الأخرى، واستُخدمت فيها دفاتر شفرات إضافية . طُبعت دفاتر شفرات البحرية بحبر أحمر قابل للذوبان في الماء على ورق وردي اللون، بحيث يُمكن إتلافها بسهولة في حال تعرّضها للخطر أو في حال غرق السفينة.

تحدد إعدادات آلة إنجما ( مفتاحها التشفيري بالمصطلحات الحديثة؛ Schlüssel بالألمانية) كل جانب قابل للتعديل من قبل المشغل في الآلة:

• ترتيب العجلات ( Walzenlage ) - اختيار الدوارات والترتيب الذي يتم تركيبها به.
• إعدادات الحلقة ( Ringstellung ) - موضع كل حلقة من حلقات الأبجدية بالنسبة لأسلاك الدوار الخاصة بها.
• وصلات المقابس ( Steckerverbindungen ) - أزواج الأحرف في لوحة التوصيل المتصلة ببعضها البعض.
• في الإصدارات المتأخرة جدًا، يتم توصيل أسلاك العاكس القابل لإعادة التكوين.
• يجب أن يكون موضع بدء الدوارات ( Grundstellung ) - الذي يختاره المشغل - مختلفًا لكل رسالة.

لضمان تشفير الرسالة وفك تشفيرها بشكل صحيح، كان على كل من المرسل والمستقبل ضبط جهاز إنجما الخاص بهما بنفس الطريقة؛ إذ يجب أن يكون اختيار الدوار وترتيبه، ومواضع الحلقات، وتوصيلات لوحة التوصيل، ومواضع بدء تشغيل الدوار متطابقة. باستثناء مواضع بدء التشغيل، كانت هذه الإعدادات تُحدد مسبقًا، وتُوزع في قوائم مفاتيح، وتُغير يوميًا. على سبيل المثال، كانت إعدادات اليوم الثامن عشر من الشهر في قائمة مفاتيح إنجما التابعة لسلاح الجو الألماني (لوفتفافه) رقم 649 (انظر الصورة) كما يلي:

• ترتيب العجلات: الرابع، الثاني، الخامس
• إعدادات الخاتم: 15، 23، 26
• توصيلات لوحة 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 المؤشرات: lsa zbw vcj rxn

صُممت آلة إنجما لتكون آمنة حتى لو كان الخصم على دراية بتوصيلات الدوار، على الرغم من أن حماية هذه التوصيلات تتطلب في الواقع جهدًا كبيرًا. إذا كانت التوصيلات سرية، فقد حُسب إجمالي عدد التكوينات الممكنة بحوالي3 × 10^ ¹¹⁴ (حوالي 380 بت)؛ مع معرفة التوصيلات الكهربائية والقيود التشغيلية الأخرى، يتم تقليل هذا إلى حوالي10 ²³ (76 بت). ^{[ 36 ]} نظرًا للعدد الكبير من الاحتمالات، كان مستخدمو إنجما واثقين من أمانها؛ لم يكن من الممكن حينها لأي خصم أن يبدأ حتى في محاولة شن هجوم بالقوة الغاشمة .

تم الحفاظ على معظم المفتاح ثابتًا لفترة زمنية محددة، عادةً يوم واحد. استُخدم موضع ابتدائي مختلف للدوارات 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 اسم التشفير العميق ) من شأنه أن يُتيح هجومًا باستخدام إجراء إحصائي مثل مؤشر فريدمان للتزامن . ^{[ 37 ]} تم إرسال موضع البداية للدوارات قبل النص المشفر مباشرةً، عادةً بعد فك تشفيره. تُسمى الطريقة المستخدمة تحديدًا بإجراء المؤشر . كان ضعف التصميم وإهمال المُشغل في إجراءات المؤشر هذه من أبرز نقاط الضعف التي جعلت فك تشفير إنجما ممكنًا.

كانت إحدى أقدم طرق فك تشفير جهاز إنجما معيبةً من الناحية التشفيرية، مما سمح لمحللي الشفرات البولنديين بإجراء الاختراقات الأولية للوحة توصيل الجهاز. كانت الطريقة تتطلب من المشغل ضبط جهازه وفقًا للإعدادات السرية المشتركة بين جميع المشغلين على الشبكة. تضمنت هذه الإعدادات وضعًا أوليًا للدوارات (Grundstellung ) ، ولنقل AOH . كان المشغل يدير الدوارات حتى تظهر AOH من خلال نوافذها. عندها، كان المشغل يختار وضعًا أوليًا عشوائيًا للرسالة التي سيرسلها. على سبيل المثال، قد يختار المشغل EIN ، ليصبح هذا هو إعداد الرسالة لجلسة التشفير تلك. ثم يكتب المشغل EIN مرتين في الجهاز، مما ينتج عنه المؤشر المشفر، على سبيل المثال XHTLOA . بعد ذلك، يتم إرسال هذا المؤشر، وعندها يقوم المشغل بتدوير الدوارات إلى إعدادات رسالته، EIN في هذا المثال، ثم يكتب النص الأصلي للرسالة.

عند جهاز الاستقبال، قام المشغل بضبط الجهاز على الإعدادات الأولية ( AOH ) وأدخل الأحرف الستة الأولى من الرسالة ( XHTLOA ). في هذا المثال، ظهرت الأحرف EINEIN على المصابيح، مما يعني أن المشغل سيتعرف على إعدادات الرسالة التي استخدمها المرسل لتشفير هذه الرسالة. سيقوم المشغل المُستقبِل بضبط دواراته على EIN ، ثم يُدخل باقي النص المُشفّر، ويحصل على الرسالة بعد فك تشفيرها.

كان لهذا النظام المؤشر نقطتا ضعف. أولاً، استخدام موضع ابتدائي عام ( Grundstellung ) يعني أن جميع مفاتيح الرسائل تستخدم نفس الاستبدال متعدد الأبجدي. في إجراءات المؤشر اللاحقة، كان المشغل يختار موضعه الابتدائي لتشفير المؤشر ويرسله بشكل غير مشفر. أما المشكلة الثانية فكانت تكرار المؤشر، وهو ما يُعد ثغرة أمنية خطيرة. إذ كان إعداد الرسالة يُشفّر مرتين، مما ينتج عنه علاقة بين الحرف الأول والرابع، والثاني والخامس، والثالث والسادس. وقد مكّنت هذه الثغرات الأمنية مكتب التشفير البولندي من اختراق نظام إنجما ما قبل الحرب في وقت مبكر من عام 1932. وقد وصف محللو الشفرات الألمان إجراء المؤشر المبكر لاحقًا بأنه "تقنية المؤشر المعيبة". ^{[ 38 ]}

خلال الحرب العالمية الثانية، لم تُستخدم دفاتر الشفرات إلا يوميًا لضبط الدوارات، وإعدادات حلقاتها، ولوحة التوصيل. لكل رسالة، كان المشغل يختار موضع بدء عشوائيًا، ولنقل WZA ، ومفتاح رسالة عشوائيًا، ربما SXT . ثم يُحرك الدوارات إلى موضع البدء WZA ويُشفّر مفتاح الرسالة SXT . لنفترض أن النتيجة كانت UHL . بعد ذلك، يُعيّن مفتاح الرسالة SXT كموضع بدء ويُشفّر الرسالة. ثم يُرسل موضع البدء WZA ، ومفتاح الرسالة المُشفّر UHL ، ثم النص المُشفّر. يُعيّن المُستقبِل موضع البدء وفقًا للثلاثية الأولى WZA ، ويُفك تشفير الثلاثية الثانية UHL للحصول على إعداد الرسالة SXT . ثم يستخدم إعداد الرسالة SXT كموضع بدء لفك تشفير الرسالة. بهذه الطريقة، كان كل إعداد أرضي مختلفًا، وتجنّب الإجراء الجديد ثغرة الأمان المتمثلة في إعدادات الرسائل المُشفّرة مرتين. ^{[ 39 ]}

استُخدم هذا الإجراء من قِبل الجيش الألماني (هير) والقوات الجوية الألمانية (لوفتفافه) فقط. أما إجراءات البحرية الألمانية (كريغسمارين) لإرسال الرسائل باستخدام جهاز إنجما فكانت أكثر تعقيدًا وتفصيلًا. قبل التشفير، كانت الرسالة تُشفّر باستخدام دليل الشفرات "كورتس سيجنالهفت" . احتوى هذا الدليل على جداول لتحويل الجمل إلى مجموعات من أربعة أحرف. تضمن الدليل خيارات عديدة، منها على سبيل المثال: الأمور اللوجستية كالتزود بالوقود والالتقاء بسفن الإمداد، وقوائم المواقع والشبكات، وأسماء الموانئ، والدول، والأسلحة، والأحوال الجوية، ومواقع العدو وسفنه، وجداول التواريخ والأوقات. كما احتوى دليل شفرات آخر على "كينغروبن" و "سبروششلوسيل" : مفتاح التعريف ومفتاح الرسالة. ^{[ 40 ]}

استخدمت آلة إنجما التابعة للجيش الأمريكي الأحرف الأبجدية الستة والعشرين فقط. واستُبدلت علامات الترقيم بتراكيب أحرف نادرة. وحُذفت المسافات أو استُبدلت بعلامة X، التي كانت تُستخدم عادةً كنقطة نهاية.

كانت بعض علامات الترقيم مختلفة في أجزاء أخرى من القوات المسلحة. فقد استبدلت الفيرماخت الفاصلة بـ ZZ وعلامة الاستفهام بـ FRAGE أو FRAQ.

استبدلت البحرية الألمانية الفاصلة بالحرف Y وعلامة الاستفهام بالحرف UD. واستُبدلت المجموعة CH، كما في " Acht " (ثمانية) أو " Richtung " (اتجاه)، بالحرف Q (AQT، RIQTUNG). واستُبدلت الأصفار 2 و3 و4 بـ CENTA وMILLE وMYRIA.

كانت القوات المسلحة الألمانية (الفيرماخت) والقوات الجوية الألمانية (لوفتفافه) ترسلان الرسائل في مجموعات من خمسة أحرف وتقومان بحساب الأحرف.

استخدمت البحرية الألمانية مجموعات مكونة من أربعة أحرف وقامت بحساب تلك المجموعات.

تم تنويع الأسماء والكلمات الشائعة الاستخدام قدر الإمكان. على سبيل المثال، يمكن كتابة كلمة "Minensuchboot " (كاسحة ألغام) بأشكال مختلفة مثل MINENSUCHBOOT أو MINBOOT أو MMMBOOT. ولزيادة صعوبة تحليل الشفرات، حُدِّدت الرسائل بـ 250 حرفًا. أما الرسائل الأطول، فقُسِّمت إلى عدة أجزاء، كل جزء منها يستخدم مفتاحًا مختلفًا. ^{[ 41 ] [ 42 ]}

يمكن التعبير عن استبدال الأحرف بواسطة آلة إنجما ككل كسلسلة من الأحرف، حيث يشغل كل موضع الحرف الذي سيحل محل الحرف المقابل له في الأبجدية. على سبيل المثال، يمكن تمثيل تكوين آلة معين يقوم بتشفير A إلى L، وB إلى U، وC إلى S، ...، وZ إلى J بشكل مختصر كما يلي:

LUSHQOXDMZNAIKFREPCYBWVGTJ

ويمكن تمثيل تشفير حرف معين بواسطة هذا التكوين من خلال تمييز الحرف المشفر كما في

د > لوس(ح)QOXDMZNAIKFREPCYBWVGTJ

بما أن عملية تشفير رسالة باستخدام آلة إنجما هي سلسلة من هذه التكوينات، يرتبط كل منها بحرف واحد يتم تشفيره، فإنه يمكن استخدام سلسلة من هذه التمثيلات لتمثيل عملية الآلة أثناء تشفيرها للرسالة. على سبيل المثال، عملية تشفير الجملة الأولى من متن رسالة "دونيتز" الشهيرة ^{[ 43 ]} إلى

RBBF PMHP HGCZ XTDY GAHG UFXG EWKB LKGJ

يمكن تمثيلها على النحو التالي

0001 F > KGWNT(R)BLQPAHYDVJIFXEZOCSMU CDTK 25 15 16 26 ٠٠٠٢ O > UORYTQSLWXZHNM(B)VFCGEAPIJDK CDTL ٢٥ ١٥ ١٦ ٠١ 0003 L > HLNRSKJAMGF(B)ICUQPDEYOZXWTV CDTM 25 15 16 02 ٠٠٠٤ G > KPTXIG(F)MESAUHYQBOVJCLRZDNW CDUN ٢٥ ١٥ ١٧ ٠٣ 0005 E > XDYB(P)WOSMUZRIQGENLHVJTFACK CDUO 25 15 17 04 0006 N > DLIAJUOVCEXBN(M)GQPWZYFHRKTS CDUP 25 15 17 05 0007 د > لوس (ح) 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 أنا> XPJUOWIY(G)CVRTQEBNLZMDKFAHS CDUT 25 15 17 09 0011 S > DISAUYOMBPNTHKGJRQ(C)LEZXWFV CDUU 25 15 17 10 0012 T > FJLVQAKXNBGCPIRMEOY(Z)WDHUHST CDUV 25 15 17 11 0013 S > KTJUQONPZCAMLGFHEW(X)BDYRSVI CDUW 25 15 17 12 ٠٠١٤ O > ZQXUVGFNWRLKPH(T)MBJYODEICSA CDUX ٢٥ ١٥ ١٧ ١٣ 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 ٠٠١٨ T > TLJRVQHGUCXBZYSWFDO(A)IEPKNM CDVB ٢٥ ١٥ ١٨ ١٧ 0019 B > Y(H)LPGTEBKWICSVUDRQMFONJZAX CDVC 25 15 18 18 0020 E > كرول(G)JEWNFADVIPOYBXZCMHSQT CDVD 25 15 18 19 0021 K > RCBPQMVZXY(U)OFSLDEANWKGTIJH CDVE 25 15 18 20 0022 أ > (و) CBJQAWTVDYNXLUSEZPHOIGMKR CDVF 25 15 18 21 ٠٠٢٣ شمال > VFTQSBPORUZWY(X)HGDIECJALNMK CDVG ٢٥ ١٥ ١٨ ٢٢ 0024 شمال > 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 ز > ZGVRKO(B)XLNEIWJFUSDQYPCMHTA CDVL 25 15 18 01 0029 E > RMJV(L)YQZKCIEBONUGAWXPDSTFH CDVM 25 15 18 02 ٠٠٣٠ ب > ج(ك)قرفيانزببملهفجكدوكسسويتوي سي دي دبليو إن ٢٥ ١٥ ١٩ ٠٣ 0031 E > YMZT(G)VEKQOHPBSJLIUNDRFXWAC CDWO 25 15 19 04 ٠٠٣٢ شمال > PDSBTIUQFNOVW(J)KAHZCEGLMYXR CDWP ٢٥ ١٥ ١٩ ٠٥

حيث أن الأحرف التي تلي كل عملية تعيين هي الأحرف التي تظهر في النوافذ في تلك المرحلة (التغييرات الوحيدة في الحالة المرئية للمشغل) والأرقام توضح الموضع المادي الأساسي لكل دوار.

تُعدّ خرائط الأحرف لتكوين مُحدد للجهاز نتاجًا لسلسلة من هذه الخرائط التي تُطبّق في كل دورة عبر أحد مكونات الجهاز: حيث يُستخدم تشفير الحرف الناتج عن تطبيق خريطة مكون معين كمدخل لخريطة المكون التالي. على سبيل المثال، يمكن توسيع الخطوة الرابعة في عملية التشفير المذكورة أعلاه لعرض كل مرحلة من هذه المراحل باستخدام نفس تمثيل الخرائط وتظليل الحرف المُشفّر.

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 PE(F)MQABGUINKXCJORDPZTHWVLYS AE.BF.CM.DQ.HU.JN.LX.PR.SZ.VW                                                   F < KPTXIG(F)MESAUHYQBOVJCLRZDNW

هنا تبدأ عملية التشفير بشكل بسيط مع "التعيين" الأول الذي يمثل لوحة المفاتيح (والذي ليس له أي تأثير)، متبوعًا بلوحة التوصيل، المُكوّنة على أنها AE.BF.CM.DQ.HU.JN.LX.PR.SZ.VW والتي ليس لها أي تأثير على 'G'، متبوعًا بالدوار الثامن في الموضع 03، والذي يعين G إلى A، ثم الدوار السادس في الموضع 17، والذي يعين A إلى N، ...، وأخيرًا لوحة التوصيل مرة أخرى، والتي تعين B إلى F، مما ينتج عنه التعيين الكلي المشار إليه في الخطوة الأخيرة: G إلى F.

يحتوي هذا النموذج على 4 دوارات (الخطوط من 1 إلى 4) كما يقوم العاكس (الخط R) بتبديل (تشويه) الأحرف.

في 23 فبراير 1918، ^{[ 47 ]} تقدم آرثر شيربيوس بطلب للحصول على براءة اختراع لآلة تشفير تستخدم الدوارات . ^{[ 48 ]} أسس شيربيوس وإي . ريتشارد ريتر شركة شيربيوس وريتر. عرضا تصميمهما على البحرية الألمانية ووزارة الخارجية، لكن لم تبدِ أي منهما اهتمامًا. بعد ذلك، تنازلت شركة شيربيوس وريتر عن حقوق براءة الاختراع لشركة Gewerkschaft Securitas، التي أسست بدورها شركة Chiffriermaschinen Aktien-Gesellschaft (شركة مساهمة لآلات التشفير) في 9 يوليو 1923؛ وكان شيربيوس وريتر عضوين في مجلس إدارتها.

إنجما ب (1924)

طُرح نموذج إنجما B في أواخر عام 1924، وكان ذا تصميم مشابه. ^{[ 49 ]} ورغم حملهما اسم إنجما، إلا أن النموذجين A و B كانا مختلفين تمامًا عن الإصدارات اللاحقة: فقد اختلفا في الحجم والشكل، وكذلك من الناحية التشفيرية، إذ افتقرا إلى العاكس. عُرف هذا النموذج من آلة إنجما باسم إنجما المصباح المتوهج أو Glühlampenmaschine، لأنه كان يُخرج بياناته على لوحة مصباح بدلًا من الورق. كانت هذه الطريقة في الإخراج أكثر موثوقية وأقل تكلفة بكثير. ولذلك، كان سعر هذه الآلة ثُمن سعر سابقتها. ^{[ 25 ]}

إنيغما إتش (1929)

كان هناك أيضًا نموذج طباعة كبير ذو ثمانية دوارات، يُدعى إنجما إتش ، أطلق عليه الرايخسفير اسم إنجما 2. في عام 1933، اكتشف مكتب التشفير البولندي أنه يُستخدم في الاتصالات العسكرية رفيعة المستوى، ولكن سُحب من الخدمة سريعًا لعدم موثوقيته وكثرة أعطاله. ^{[ 52 ]}

استخدمت مختلف أجهزة الفيرماخت إصدارات مختلفة من جهاز إنجما، واستبدلتها بشكل متكرر، وأحيانًا بإصدارات معدلة من أجهزة أخرى. نادرًا ما كان جهاز إنجما يحمل رسائل استراتيجية رفيعة المستوى، والتي كانت تُرسل عبر البريد السريع في حال عدم كونها عاجلة، أما في حال كونها عاجلة، فكانت تُرسل عبر أنظمة تشفير أخرى، بما في ذلك نظام Geheimschreiber .

لغز الفيرماخت الأول (1930–1938)

تم تعديل آلة إنجما G إلى إنجما I بحلول يونيو 1930. ^{[ 59 ]} تُعرف إنجما I أيضًا باسم الفيرماخت ، أو "الخدمات" إنجما، وقد استخدمت على نطاق واسع من قبل الخدمات العسكرية الألمانية والمنظمات الحكومية الأخرى (مثل السكك الحديدية ^{[ 60 ]} ) قبل وأثناء الحرب العالمية الثانية .

كان الاختلاف الرئيسي بين جهاز Enigma I (نسخة الجيش الألماني من عام 1930) ونماذج Enigma التجارية هو إضافة لوحة توصيل لتبديل أزواج الأحرف، مما أدى إلى زيادة قوة التشفير بشكل كبير.

وشملت الاختلافات الأخرى استخدام عاكس ثابت ونقل نتوءات التدرج من جسم الدوار إلى حلقات الأحرف المتحركة. بلغ قياس الآلة 28 سم × 34 سم × 15 سم (11.0 بوصة × 13.4 بوصة × 5.9 بوصة) ووزنها حوالي 12 كجم (26 رطلاً) . ^{[ 61 ]}            

في أغسطس 1935، أدخلت القوات الجوية جهاز إنجما التابع للفيرماخت للاتصالات. ^{[ 59 ]}

M3 (1934)

بحلول عام 1930، اقترحت قيادة الرايخسفير على البحرية اعتماد جهازها، مشيرةً إلى مزايا زيادة الأمان (بفضل لوحة التوصيل) وتسهيل الاتصالات بين مختلف فروع الجيش. ^{[ 62 ]} وافقت البحرية في نهاية المطاف، وفي عام 1934 ^{[ 63 ]} أدخلت إلى الخدمة نسخة البحرية من جهاز إنجما التابع للجيش، والذي أُطلق عليه اسم "فونكشلوسيل " أو M3 . وبينما كان الجيش يستخدم ثلاثة دوارات فقط في ذلك الوقت، حددت البحرية خيارًا من ثلاثة دوارات من أصل خمسة. ^{[ 64 ]}

M4 (1942)

أدخلت البحرية الأمريكية جهاز إنجما رباعي الدوارات لحركة غواصات يو في الأول من فبراير عام 1942، وأطلقت عليه اسم M4 (وكانت الشبكة تُعرف باسم تريتون ، أو القرش لدى الحلفاء). وتم تركيب الدوار الإضافي في نفس المساحة عن طريق تقسيم العاكس إلى مزيج من عاكس رقيق ودوار رابع رقيق.

• 
  كان جهاز Enigma G، الذي استخدمه جهاز Abwehr ، يحتوي على أربعة دوارات، ولا يحتوي على لوحة توصيل، ويحتوي على شقوق متعددة على الدوارات.
• 
  كان جهاز إنجما-كيه الألماني الصنع، الذي استخدمه الجيش السويسري، يحتوي على ثلاثة دوارات وعاكس، لكنه لم يكن مزودًا بلوحة توصيل. وقد تم إعادة توصيل دواراته محليًا، بالإضافة إلى لوحة إضاءة إضافية.
• 
  إنجما طراز تي (تيربيتز)، وهي نسخة معدلة من إنجما كيه التجارية المصنعة للاستخدام من قبل اليابانيين
• 
  آلة إنجما في متحف الحرب الإمبراطوري بالمملكة المتحدة
• 
  جهاز إنجما قيد الاستخدام في روسيا
• 
  جهاز إنجما في سيارة الراديو التابعة لهيئة أركان فرقة الدبابات السابعة، أغسطس 1941