二战同盟国与纳粹德国的较量：难啃的狼堡，轰炸德军潜艇洞库之战

Posted 2023-04-02

参考技术A 「 ”盟军试图将德国的U型潜艇摧毁在它们的洞库中，这一过程充满了风险和挫折。” 美国陆军航空队的B-17轰炸机正在轰炸位于法国洛里昂的德军潜艇洞库 背景概述 1942年10月至1943年10月期间，美国陆军航空队第8航空队针对法国洛里昂、圣纳泽尔和布雷斯特，以及德国的不莱梅、埃姆登、基尔港和威廉港的德军潜艇基地执行了2000多架次的飞行任务。这些任务在轰炸大型U艇掩体方面的成效很小，相反，这项努力却让第8航空队付出了损失135架轰炸机的惨重代价（其中有16架因无法修复而彻底报废），总损失率高达5.9%（这么高的损失率也致使此类作战不能再持续下去了）。令人震惊的是，在119架被击落或失踪的飞机中，约有1200名飞行人员阵亡或被俘。 七十多年后，重新审视和联系相关背景有助于让我们理解这些令人沮丧的悲惨事件。 与1941年12月珍珠港事件发生后美军大部分部队的情况一样，陆军航空队在反潜战（ASW）方面也有一大堆功课要补。由于在组织上还不太正式，而且装备很差，因此美国陆军航空队的反潜战任务强烈需要一款远程飞机，特别是联合飞机公司的B-24「 ”解放者”轰炸机，但不得不依赖于战斗力较差的型号。 B-24「 ”解放者Ⅰ”AM910反潜型 B-24「 ”解放者Ⅰ”AM910反潜型，注意机背的桅杆天线和前机身下方的4门20毫米口径「 ”希斯潘诺”机炮鼓包 不同于英国皇家空军的海防总队（Coastal Command），美国陆军航空队没有执行反潜战任务的飞行艇，因此需要使用陆基飞机。然而，陆军的重点是战略轰炸，而随着B-24轰炸机部署到了英国，反潜战役被迫在战争开始后勉强地进行了数月。此外，在将近一年的时间里，德国的潜艇作战基地是超出新成立的美军第8航空队的航程之外的。当时唯一的选择是在海上消灭U艇。 这并不是一件容易的事。从1939年9月欧战爆发到1942年底，盟军部队共击沉了159艘U型潜艇——平均每个月只有区区4艘。与此同时，单单在1941年一年，在大西洋上寻歼同盟国船队的纳粹「 ”狼群”平均每月就击沉36艘船舶，约合18万吨。到1942年，每月的击沉数字猛增到了50万吨，此时同盟国每损失12艘船才能击沉1艘U艇。不过，随着时间的推移，以英国为首的同盟国海军在技术和作战方面取得了巨大的进步，尤其是在反潜战情报方面。 一艘德国U艇正遭受「 ”桑德兰”水上飞机的攻击 1942年6月5日，一艘德国U艇正遭受「 ”桑德兰”水上飞机的攻击，地点是比斯开湾 极低的摧毁率 1943年是决定性的一年。在此之前，由于陆基飞机的航程限制，导致北大西洋中部存在一片致命的「 ”中间空白地带”。护航航空母舰的出现弥补了这一缺陷。1943年第二季度，德军损失了73艘U艇，却只击沉了120艘盟军舰船，而且德军的潜艇损失数超过了产量。其结果就是，横跨北大西洋航线的滚滚船流不断扩大，最终为1944年6月的诺曼底登陆铺平了道路。 尽管如此，盟军对德军潜艇的杀伤率仍较低，主要是因为U艇非常难以发现。在了解了德军U艇的洞库位置后，英国皇家空军在1942年初轰炸了位于法国的这些掩体，但由于效果不明显而很快失去了对此类行动的兴趣。与此同时，U型潜艇洞库的建设工作则进展迅速。 法国马赛港的潜艇基地 位于法国马赛港的潜艇基地，照片摄于它们遭受美国陆军航空队的B-17轰炸之前 潜艇洞库是第三帝国最重视的建筑工程之一。早在1940年的「 ”不列颠之战”结束之前，纳粹德国就在汉堡（Hamburg）和赫尔戈兰岛（Heligoland）开始了潜艇洞库的施工工作。德国人曾通过有条不紊地设计了四种结构类型的潜艇洞库来保存他们的「 ”海狼”：能够锁起来的覆盖遮蔽设施，可以保护上浮或下沉状态的潜艇；用于保护U艇组装船坞的掩体；用于停放建造完毕的潜艇或安装设备的「 ”装配”掩体；以及最著名的、用于停放部署和修理中的潜艇的洞库（submarine pens）。 大多数德军潜艇洞库位于波尔多、布雷斯特、拉帕利斯、洛里昂和圣纳泽尔等地的法国海岸。建造这些洞库总共消耗了约570万立方码（约435.8万立方米）的混凝土。建筑工作大部分是在1942年完成的，直到1944年盟军占领法国北部时，仍有一些设施未完工。 德军的潜艇洞库是些庞大的建筑物，一般来说，常规轰炸很难对它们产生影响。以圣纳泽尔的洞库为例，其墙壁厚11英尺（约3.35米），顶部厚16英尺（约4.88米）。德国工程师通过计算得出结论说，洞库的顶部可以承受7000磅（约3.2吨）重的炸弹的破坏——这种炸弹比美军飞机通常所能挂载的炸弹要重得多。 纳粹德国著名的建筑工程机构托德组织（Todt Organization）在圣纳泽尔建造了14座潜艇洞库，在洛里昂建造了20座，这些洞库主要在1943年完工。有些洞库的规模大得惊人：经测量，圣纳泽尔的洞库基地面积为455英尺×945英尺（约4万平方米），高度也达到了58英尺（约17.68米）。1941年2月，位于洛里昂附近的克诺曼（Keroman）洞库设施开工建造，尽管英军的轰炸行动导致200名工人死亡，但三座洞库中的首个还是在当年8月份开始接受U艇进驻。 标记有序号「 ”①”的就是汉堡港疑似U艇洞库的目标 对在北冰洋地区作战的第三帝国海军而言，挪威境内有U艇基地的优势是显而易见的，但预期要建成的洞库最终却成为了泡影。位于卑尔根和特隆赫姆的洞库设施始建于1941年，不过由于天气恶劣和重型设备短缺，这些洞库在远未完工的情况下便被废弃了。 空权理论家信奉的一条箴言是，任何值得轰炸的目标都值得保卫。洛里昂恰好就符合这条箴言：该地被20个海军防空高炮阵地包围着，另有5个较小的高炮阵地部署在较远的地方。 美国陆军航空队在1942年10月建立了专门的反潜司令部。陆军航空队的反潜作战协调员罗素准将（Brig. Gen. C. W. Russell）赞成攻击U艇的生产设施和作战基地，而不是模仿英国皇家空军海防总队在海上寻歼潜艇的策略。罗素的意见似乎有一定价值——英国皇家空军早就放弃了昼间轰炸行动，因为这样做的代价太高，不过采取夜间轰炸行动又会不可避免地降低准确性。然而，美国陆军航空队坚信要开展昼间精确轰炸，这似乎在对抗诸如U艇掩体一类的目标时是合理的，其合理程度与英国皇家空军坚持轰炸城市中心目标不相上下。躲在大后方的政治掮客们接受了罗素和其他人提出的作战建议。 轰炸潜艇洞库还有实际的好处。德军潜艇基地所在的比斯开湾距离位于英国的美军陆航基地很近，伦敦至圣纳泽尔的距离为300英里（约480千米），到布雷斯特的距离就更短了。整个飞行过程都是在海上，从而在很大程度上避免了德国空军截击机的骚扰——这是一个不小的问题，因为到比斯开湾各个港口的距离远远超出了皇家空军「 ”喷火”式战斗机的护航距离，而且也超过了P-47的护航距离（「 ”雷电”直到1943年中期才投入使用）。 比斯开湾的德军潜艇基地与盟军反潜飞机的猎杀航线 1942年10月，美国陆军第8航空队收到了一份新的重点轰炸目标清单。排在清单首位的是潜艇基地，甚至比德国工业还靠前，这无疑是同盟国方面为了努力支援大西洋之战而做出的决定，因为就在这个月，纳粹德国潜艇部队司令卡尔•邓尼茨将军派往北大西洋和北极地区的105艘U艇击沉了近90艘、共计585000吨商船，而且这只是德军全部战果的一部分。自1942年1月以来，德国U艇已经把779艘商船送到了海底，这还不算同盟国方面其他因海上破交和水雷而造成的损失。为了让盟军最终能登陆纳粹占领下的法国，必须确保海上航道的安全。 饶是如此，盟军的空中力量战略家们并不完全欢迎这一新的优先轰炸事项。他们认为反潜战在本质上是防御性的，应该努力打掉第三帝国的工业生产基地。尽管如此，相关命令还是下达了。1942年10月，德怀特•艾森豪威尔中将对卡尔•「 ”图伊”•斯帕茨少将的担忧做出了反应，他表示针对U艇的战役是赢得战争的基本要求之一。艾森豪威尔甚至将轰炸潜艇基地与「 ”火炬行动”的成功联系了起来，所谓「 ”火炬行动”是指1942年11月盟军登陆法属摩洛哥的作战。 正在遭受盟军飞机攻击的德军U型潜艇 就核心思想来看，艾森豪威尔是正确的：击败U艇对于「 ”D-日”的最终成功是至关重要的。但是，艾森豪威尔对轰炸大型潜艇洞库的作战效能过于乐观了，这一点也影响了其他指挥官，可惜这最终被证明是错误的。一些资深的空军官兵看出了高层的错误估计。早在1942年10月底，斯帕茨将军就告诉亨利•「 ”哈普”•阿诺德中将说：「 ”这些行动是否会在付出了高昂的代价后才能取得成果还有待观察。加固的潜艇洞库是些很‘硬’的目标，也许是些‘砸不开的坚果’。”斯帕茨将军还尖刻地表示，唯一的希望寄托于对邻近设施造成破坏，这样可能会妨碍德军潜艇的活动。U艇的基础支援设施经常遭到盟军的轰炸，有时甚至是严重的轰炸，但德国人也逐渐被「 ”锻炼”成了紧急抢修方面的大师。 一场持续了一年的战役 1942年10月21日，美国陆军航空队那场持续了一年的轰炸洞库战役开始了，然而，其首次在洛里昂的作战却充满了失败。在所有参战的4个轰炸大队中，只有第97轰炸大队穿过恶劣的天气并接近了目标。结果，防守者把火力集中在了约瑟夫•阿特金森准将（Brig. Gen. Joseph H. Atkinson）指挥的那21架B-17轰炸机身上——当时这些B-17轰炸机已穿过云层上的一个洞并下降了高度。纳粹德国空军的地面雷达控制站将36架福克-沃尔夫Fw 190战斗机引导到了美军机群附近。最终，3架飞在最后面的轰炸机当场被击落，接着又有6架轰炸机被击落。其余的轰炸机拼死向前飞去，将炸弹扔到了5个较小的潜艇洞库上，但平均每架飞机1吨重的弹药基本没有给德军造成可观的损失。 一架B-17轰炸机（照片中仅可见机翼部分）正准备轰炸位于法国土伦港的U艇洞库 由于首战效果不佳，因此1942年11月9日，第8轰炸机司令部针对圣纳泽尔执行了一次危险的低空轰炸任务。英国皇家空军开展的一次欺骗活动引开了许多德国战斗机的攻击，但德军的高射炮手们却迎来了一份罕见的「 ”大奖”：飞行在约18000英尺（约5500米）高度上的十几架B-24，外加飞行在7500到10000英尺（约2300至3048米）之间的31架B-17。 在德军重型高射炮的精准火力打击下，飞行高度较低的编队损失了3架B-17，另有22架被击伤。尽管盟军方面预计飞行高度较低会有更高的投弹准确性，但这一轰炸策略的效果却实在是令人失望：对任何一个瞄准点而言，在以其为圆心的200码（约183米）范围内，只有大约8枚炸弹命中。附近的铁路倒是也被击中了，但其很容易修复。对此，第8轰炸机司令部指挥官艾拉•埃克中将（Lt. Gen. Ira C. Eaker）吸取了之前的教训，在后来对德军潜艇基地发动的空袭中把飞行高度从17500英尺（约5300米）提高到了22000英尺（约6700米）——在后一高度上德军高射炮的准头就要小多了。 二战期间德军的88毫米口径高射炮 尽管缺少战斗机护航，但美国陆航还是坚持其教条：「 ”轰炸机总是会通过。”一般而言，情况确实是这样，但这种说法忽略了一个可怕的现实：幸存的轰炸机只会给目标造成有限的损失，但付出的代价却不断增加。不过，第8轰炸机司令部仍在强力推进这一点。到1943年1月份，埃克中将高兴地报告说，每损失1架轰炸机便可击落敌军6架战斗机。事实上，到那时，德国战斗机在击落盟军轰炸机方面更占优势——显然，胜利是属于德国人的。 到1942年底，照片判读员报告说，洛里昂和圣纳泽尔的潜艇洞库遭受了明显可见的破坏，但这更多的是由于反复轰炸所致，而不是轰炸精度较高所致：1942年11月9日至23日期间的五次任务中，盟军共出动了158架轰炸机，在以上两处潜艇基地或港口区域投下了385吨炸弹。虽然辅助支援和运输设施遭受的破坏已足以影响潜艇的作战，但洞库还是经受住了如此猛烈的轰炸。与此同时，从1942年11月下旬到1943年1月初，圣纳泽尔未遭受任何攻击，这让勤劳的工程人员得以修复战损。英国皇家空军情报部门的结论是，该港口在1943年12月的第一个星期便重新投入了全面使用。 艾伦•马吉中士与被他砸到的火车站 轰炸潜艇洞库的行动还在继续着。1943年1月3日，柯蒂斯•李梅上校麾下的第305轰炸大队参加了第8航空队针对圣纳泽尔的第6次空袭。在这次行动中，李梅上校在其大队内创新性地采用了交错队型，这也揭示了第8航空队的战术随着战争的进行而发展演变的道路。同样是在1月3日这一天，绰号为「 ”地狱天使”（Hell’s Angels）的第303轰炸大队在圣纳泽尔上空损失了4架B-17，其中一架名为「 ”Snap! Crackle! Pop!”（译者注：这是家乐氏脆米花包装盒上的三个卡通吉祥物）的B-17轰炸机被德军的高射炮命中，7名空勤人员当场阵亡，然而操作飞机底部球形炮塔的艾伦•马吉中士（SSgt. Alan E. Magee）在没有佩带降落伞的情况下就从这架被击中的「 ”飞行堡垒”中飞了出去。他从2万英尺（约6千米）的高空砸到了一个火车站的屋顶上并身受重伤，其中一条胳膊几乎完全折断了，但他最终却奇迹般地活了下来。 那架名为「 ”Snap! Crackle! Pop!”的轰炸机的图标 那架名为「 ”Snap! Crackle! Pop!”的轰炸机的图标，「 ”Snap”「 ”Crackle”「 ”Pop”分别是这三个卡通形象的名字 马吉中士被带到一家医院，在那里他得到了很好的治疗。马吉说：「 ”对那位救治我的德国军医而言，我欠他一个天大的人情。”马吉后来还回忆说，那位德国医生告诉他说：「 ”虽然我们是敌人，但我首先是一名医生，我会尽我所能地挽救你的手臂。”以上言论记载在1996年出版的一本第303轰炸大队的通讯集中。 马吉始终未能知道那位医生的名字，但这位德国军医却挽救了他的手臂。1995年，圣纳泽尔市竖起了一块纪念碑，以纪念马吉中士和「 ”Snap! Crackle! Pop!”号上的机组人员。 大难不死的马吉中士和那块石碑 损失率 位于德国境内的弗格萨克（Vegesack）也成了一个被频繁轰炸的潜艇洞库目标。弗格萨克港位于威悉河（Weser River）河口，深入内陆30英里（约48千米）。此地的潜艇洞库也是美军第8航空队轰炸的首个位于德国境内的此类目标。1943年1月27日，小弗兰克•阿姆斯特朗上校（Col. Frank A. Armstrong Jr.）带领其麾下威力得到大大提升的第306轰炸大队的B-17F和其他63架B-17轰炸机朝目标飞去。阿姆斯特朗上校是美国陆军航空队中最有经验的指挥官之一，他曾于1942年8月首次率领编队轰炸法国。 1943年3月，第91轰炸大队的B-17F在德国上空飞行， 1943年3月，第91轰炸大队的B-17F在德国上空飞行，此时的B-17在上表面的橄榄绿中加入了中绿色的斑点，「 ”孟菲斯美女号”也是如此涂装 为了避免从敌人的领土上空飞过，阿姆斯特朗率队先向北飞行，意在从海上进入第三帝国上空，结果却发现主要目标被云层遮住了。对此，编队临时决定放弃对弗格萨克的轰炸，并转而选择轰炸第二目标——威廉港地区（Wilhelmshaven）。他们给威廉港造成了中等程度的破坏，同时德军的防空火力轻微得令人惊讶——只有1架B-17轰炸机损失。 3月18日，美军轰炸机再度轰炸弗格萨克，而且第303轰炸大队再次参战。领队轰炸员是杰克•马西斯中尉（1st Lt. Jack W. Mathis），一位21岁的德克萨斯人，他坐在哈罗德•斯塔斯中尉（1st Lt. Harold L. Stouse）的「 ”达切斯”（The Dutchess）号上。这是马西斯中尉的第十四次任务，他是公认的领队轰炸员——其所在的中队将「 ”在马西斯投弹后跟着他投弹”。 当美军机群在24000英尺（约7300米）的高空飞向目标的过程中，编队遭遇了猛烈的高炮火力射击，一些飞行高度较低的轰炸机纷纷被击落。在开始投弹后不到一分钟，一枚高射炮弹在「 ”达切斯”号的机鼻右侧爆炸，灼热的金属碎片打穿了有机玻璃并飞溅到机舱内，冲击力将马西斯抛向机舱后部。不顾大量出血和几乎被打断的右臂，马西斯挣扎着爬回了投弹观察口并投下了剩余的炸弹。然后，马西斯中尉瘫倒在战位上阵亡。 达切斯”号的机组成员合影 「 ”达切斯”号的机组成员合影，后排最右侧站立者便是杰克•马西斯中尉 第303轰炸大队在当天的行动中确实损失了1架飞机，但斯塔斯中尉驾驶「 ”达切斯”号返回了英国皇家空军莫尔斯沃思（Molesworth）基地。马西斯中尉也成了第8轰炸机司令部首位「 ”荣誉勋章”的获得者。 由于第8航空队仍然缺乏远程战斗机，因此在1943年6月11日轰炸威廉港的行动中美军轰炸机再次在德军防空力量的打击下损失惨重。在为执行这次任务而派出的252架B-17轰炸机中，有168架在潜艇基地上空投了弹，另有30架在库克斯港（Cuxhaven）上空投了弹。共有8架B-17被击落，60多架被击伤。B-17上的机枪手们声称，他们击落了多达85架德军战机，这不啻是一个天文数字，但实际上德国空军只损失了4架飞机。也就是说，B-17与德军飞机的损失数之比不是1比10，而是2比1，除此之外，B-17上的机组人员数目也更多。 进行昼间轰炸的B-17编队经常遭遇猛烈的防空炮火 第二次世界大战期间的轰炸行动造成的一个不可避免的后果就是附带损害，一些分析人员称之为「 ”溢出效应”。由于圣纳泽尔既是一处港口，也是一个铁路中心，因此它几乎遭受了连续不断的轰炸，共造成将近500名可以确认的平民死亡，另有大约85%的城区遭到破坏。几乎所有的居民都在1943年春撤离了这座城市。 迟来的战争努力 二战期间，盟军在科技上最雄心勃勃的计划之一便是「 ”阿佛洛狄忒计划”（Project Aphrodite），这是人类历史上早期尝试研制精确制导武器的计划之一，该计划也有打击U艇洞库的考虑。「 ”战伤无继续利用价值”的轰炸机被拆除了不必要的重量，并塞满了高达15吨的高爆炸药。一名飞行员和军械师驾驶这样一架轰炸机起飞，在飞行过程中解除炸药的保险，然后弃机跳伞。接着，一架引导飞机将通过遥控的方式「 ”驾驶”这架轰炸机继续飞行，并通过机鼻中安装的电视摄像头瞄准。 「 ”阿佛洛狄忒计划”的指定试行单位是英国皇家空军驻肯奈特夏尔（Ktishall）的第388轰炸大队。该大队专门为这个计划而「 ”贡献”出了一个中队。美国海军的巡逻轰炸机也参与了该计划，不幸的是，在1944年8月进行的第七次「 ”阿佛洛狄忒”任务（以法国海岸的一座工事为目标）以飞机在空中爆炸而告终。这次行动导致海军上尉小约瑟夫•肯尼迪（Joseph P. Kennedy Jr.）和他的随机工程师威尔福德•威利（Wilford J. Willy）上尉死亡。 CQ-4控制飞机与前方的BQ-7自杀飞机 在总共19次「 ”阿佛洛狄忒”任务中，有5次瞄准了位于北海赫尔戈兰岛上的潜艇洞库，时间是1944年9月和10月。在派出的7架飞机中，有2架被高射炮击落，3架坠毁或错过了目标。 另一种用于打击潜艇洞库的特种武器是4500磅（约2吨）重的「 ”迪斯尼炸弹”（Disney bomb），这是一种由英国皇家海军提出的、以火箭助推的「 ”掩体破坏武器”，具有击穿混凝土工事的能力。由于是以极高的速度撞击目标，因此人们预计「 ”迪斯尼炸弹”能在引爆前穿透16英尺（约4.8米）深的混凝土。尽管这种武器可能是有效的，但「 ”迪斯尼炸弹”来得太迟了，以至于不再需要用它来打败U艇了。在1945年3月，「 ”迪斯尼炸弹”只交付给了正在攻击德国不莱梅的潜艇洞库的作战部队，不过此时「 ”大西洋之战”已经结束了。 火箭助推的「 ”迪斯尼炸弹” 一颗刚被投下的「 ”迪斯尼炸弹” 1945年3月和4月，英国皇家空军的「 ”兰开斯特”轰炸机使用11吨重的「 ”大满贯”炸弹轰炸了位于瓦伦丁（Valentin）和汉堡的U艇洞库，给当地的大批设施造成了巨大破坏。可惜，这些设施大部分早就已经没什么用处了。 盟军各种巨型炸弹的尺寸对比 从1942年7月到1943年8月，根据可信的记载，美国陆军航空队的飞机在海上击沉了7艘U艇，另外还与其他部队合力击沉了3艘。相比之下，陆军的轰炸机在港口击沉或摧毁的潜艇多达46艘，包括许多在法国土伦港被击沉的U艇。从1942年10月到1943年10月，美国陆军第8航空队的轰炸机至少对潜艇洞库展开过27次轰炸。陆军航空队的官方历史中总结说：「 ”毫无疑问，在最初的几个月里，陆军航空队的突袭给德军造成了暂时的混乱，尤其是在圣纳泽尔。显然，他们还通过摧毁辅助设施工厂和邻近的铁路设施而骚扰了敌人。” 战后的审讯为人们提供了对轰炸效果的合理评估。纳粹德国潜艇部队司令邓尼茨海军元帅说，这些洞库「 ”除了盟军最重的炸弹之外，不会受其他任何武器的毁伤”，尽管这些基地包括若干易受攻击的潜艇保障和维修设施。邓尼茨总结说，轰炸邻近的设施并不会显著减少前去攻击大西洋航线的U艇数量。 纳粹德国炮兵上将威廉•法希巴赫（Wilhelm Fahrmbacher，中）带领埃尔温•隆美尔元帅（左）参观位于圣纳泽尔的U艇掩体 一些战争计划人员对轰炸U艇基地的作战表示不满，他们坚持认为这消耗了原本可用于轰炸德国工业产能的兵力，而且轰炸后者更有用。这个观点有一定的合理性，因为自从1943年1月第8航空队首次进入第三帝国领空展开轰炸任务时，与之后开展的轰炸潜艇洞库的任务足足产生了10个月的重叠。 轰炸潜艇洞库这场为期13个月的战役的遗产和挫折直到今天仍然显而易见——在比斯开湾的海岸上，大部分潜艇洞库都保存完好，而位于洛里昂和布雷斯特的潜艇掩体仍在为法国海军所用。 保存到今天的位于法国圣纳泽尔的加固U艇洞库 保存到今天的位于法国圣纳泽尔的加固U艇洞库 保存到今天的位于法国圣纳泽尔的加固U艇洞库。由于圣纳泽尔既是一个铁路中心又是一个港口，因此对盟军而言它是一个非常有价值的目标，并遭受了几乎连续不断的轰炸 创作不易，喜欢这篇文章就请打赏一下吧！ 各位的赞赏，是对笔者最大的支持，这样我更新才更有动力。您的支持，与我工作热情密切挂钩，感谢您的支持！

C语言揭秘二战德军的顶级加解密技术——恩格玛机！

/ / 恩格玛机- 原理篇 \\ \\

非我德军不善战，奈何盟军有图灵

       二战战场上除了有纷飞的战火，还有科学家们在后方展开的斗智斗勇的密码战，而图灵破解了德国纳粹恩格玛密码机更是对德国纳粹的致命一击，直接加速了二战的胜利。（电影《模仿游戏》讲的就是这段历史，有兴趣的朋友可以了解一下。）

       恩格玛”（Enigma，谜）密码机是二战时期的纳粹德国及其盟国，特别是德国军方所使用的一种高级机械加密系统，以转子结构为主体。密码机一般装在一个盒子里。

       今天小编就和大家一起探讨一下恩格玛机如何用c语言实现。

       想要理解恩格玛机是如何运行的，首先要理解这种机器的加密原理。虽然恩格玛机看起来复杂，但它进行加密的基本原理并不复杂。这种机器所做的本质上是一种替换加密（Substitution Cipher）。

       不要被这个名字吓倒，我们首先来看一下替换加密是什么东西。

 

/ / 替换加密 \\ \\

       替换加密，又名取代加密，顾名思义，意为使用密文字母代替明文字母的位置，加密结束后，将会得到一段不经解密谁也看不懂的密文。听起来是不是很简单，让我们一起来看一个例子：

       首先给定简单替换加密的一个替换密码表：

       如果我们想使用上面的替换密码表将 hello进行加密，只需要查询替换密码表，进行逐个替换即可。

       因此HELLO加密后的密文就是URYYB。解密的时候同样根据替换密码表替换回原来的明文(是不是很简单)。

       如果直接使用暴力破解，26个字母的排列顺序有26!= 403291461126605635584000000 这么多种可能，这意味着如果全世界60亿人每人每秒可以测试一种可能的密码表，也需要21亿年才能试完所有的排列组合。事实上很长一段时间，这种简单的替换密码，被认为相当安全。

       直到。。。。

       有人用语言学和统计学的武器攻破了单表替换加密的大门。

       在使用字母文字的语言中，单个字母在普通文本中使用的概率是各不相同的，以英语为例，下面是摘自维基的英语文本中典型的字母分布情况：

       仔细观察上图，上图中每个字母出现的频率都各不相同。

       我们刚刚使用的单边替换加密中，虽然每个字母都已经改头换面变成另一个字母，但是这并不能改变它在一段文本中出现的频率。因此我们完全可以统计密文中各个字母的出现频率，并试图猜测单表替换密码表（本质上就是建立一一映射关系），这样就能大大的减少要测试的排列数，进而完全破解密文。

       至此，我们上面介绍的单字母表替换加密被无情的破解了。于是不死心的密码学家们又发明了多字母替换密码。

       下面的内容逐渐进入烧脑状态，建议大家在头脑清醒时食用。

 

/ / 多字母替换加密 \\ \\

       单字母替换密码的一个致命缺陷就是明文中每一个字母都被唯一的替换为密文中的另一个字母（建立的一一映射关系不会发生改变）。

       破解者正是抓住了这个漏洞，结合语言学规律，对截获的密文进行字母频率分析，找到了这种一对一的替换关系，最终打败了密码学家们。

       在这个时候，顽强的密码学家们并不认输，谁规定只能使用一个密码表了，一个不行就用多个。让我们再举个例子：

       以二张密码表替换为例，首先给定二张密码表替换加密的替换密码表：

       与刚刚的单字母替换加密相比，我们又增加了一行密码表，有了这两行密码表，我们就可以在加密过程中对明文中的第1个字母使用密码表1进行加密，对第2个使用字母使用密码表2进行加密，第3个字母又重新使用密码表1加密，第4个字母使用密码表2，如此重复直到所有明文都被加密。

       大家可以试着用上图中多字母密码表加密下面这句话:

WHEN YOU ARE FREE

       注意到什么特别之处了吗？

       这句话中的第3个E会被替换为U，但是第10个字母同样是E，却会被替换为L，同一个明文字母由于位置的不同而被替换为不同的密文字母。也就是说，多字母替换密码不但可以替换掉明文中的字母，同时可以掩盖文中字母的出现频率。从而使破解使用的字母频率分析法立刻失效。

       密码学家们很是得意，他们继续问自己，既然可以使用两行密码表，为什么不能使用更多密码表呢，干脆让我们弄个25行的吧。

       上图就是著名的维热纳尔方阵，是为了方便加密者进行加密设计的替换密码表。

       有了多字母替换，这下密码学家们再也不用担心有人能破解了吧！

       让我们再来看一个例子。

       假设有一个勤劳的密码学家，为了得到一份绝对安全的密码，他不辞辛劳的打算使用7个密码表进行加密，假设这位密码学家打算使用上图的前7行进行加密。让我们用这种方法来加密下面这句话。

THE KING ,THE PEOPLE。

       加密后的结果如下图：

       大家仔细观察上图发现了什么呢？

       没错，同样的单词the在不同的位置居然被加密成了同一个字符串。原因就在于这个单词两个起始位置  mod 7 都是 1，这代表这两个不同位置的同一个单词，每个字母加密使用的密码表都是同一个，所以加密的结果当然也就相同了。

       破解者就是根据这个特性对重复出现的字母串进行分析，进而推算出密码学家一共使用了几个密码表进行加密。从而将多表替换降维成单表替换。

       在本例中，根据密文的重复序列很容易猜测使用了7个加密表，这就意味着，明文的第 1、8、15、22...个字母都是使用的同一张密码表进行替换，那么多个密码表替换问题又变成了单个密码表的替换问题。而上文我们已经发现了单字母表替换是无法抵抗频率攻击的。

       面对如此丧心病狂的破解者，无奈的密码学家们只能仰天长叹：”除非每加密一个字母就更换一次密码表并且永不重复，否则无论如何都逃不过被破解的命运。“

       “每加密一个字母就更换一次密码表并且永不重复“ 理论上是可以做到的，只是要加密一份有一万个字母的明文的话，就需要.... 额，一个长达一万行的密码本。这样就产生了密码本比密文本身还要长的尴尬局面。并且在军队中，每天有成千上万的信息在各地传送，如果为每条信息都创造一个随机密码表的话，如何保存，如何分配都是难以解局的问题。

       显然，这个任务已经超出了人类力所能及的范围。

 

/ / 恩格玛机 \\ \\

       不过人类做不到，不代表机器也做不到。

       这正是恩格玛机的过人之处，使用机械原理完成了大量重复有规律的劳动

       （叨叨了这么久终于讲到正题了）

       先上一张图看看恩格玛机的构造：

       上面这张图中可以看出，恩格玛机的四个主要部件：

       键盘：这个没什么好解释的，输入明文或者密文用的

       灯盘：在键盘上输入一个字母，灯盘上会有一个字母亮起来，代表键盘上输入的字母加密后的结果。

       转子：这个是恩格玛机的核心，是加密元件，后面进行解释。

       插线板：这是在转子进行加密后，为了提高安全性而增加的装置，不是本文的核心，这里不再赘述。

       恩格玛机的伟大之处就在于它在进行高度复杂的加密运算的同时，操作的简易性也几乎做到了极致。只需要简单的从键盘输入，就能从灯盘显示加密后的输出结果。真的是小学生都能用。

 

/ / 恩格玛机 - 转子 \\ \\ 

       讲完了恩格玛机我们再来看看恩格玛机的关键元件：转子

       图片左边是一个完整的转子，右边是一个转子拆开后的零件。

       转子的工作原理其实很简单，每个转子额左右两侧各有26个点位，分别代表A-Z 这26个字母。信号从一边进去，从另一边出来，但是在制造转子的过程中，位于转子左右两侧的26个字母的对应关系被打乱（单个转子的功能相当于一个单字母替换表）：

       下面是两张侧视图，可以更清楚的看到位于转子两侧的26个点：

       但是由于单个转子只能提供一个固定不变的密码表。因此并不安全。德国人当然也意识到了这一点，所以他们在恩格玛机上使用了三个串联在一起的转子，如下图：

       三个转子的替换就相当于一个三轮替换，但是我们上文已经分析发现，即使是多表替换也并不安全。单纯的将三个转子串联起来，他们还是只能提供一个固定不变的密码表。

       但是，当德国人在这三个转子上加入一个新的特性后，它就可以做到密码学家们梦寐以求的每加密一次就换一次密码表的效果。这个新特性就是：

       每输入一个字母以后，第一个转子就会自动转一格，当第一个转子转完一圈时，会带动第二个转子转动一格。同理，第二个转子转动一圈时会带动第三个转子转一格（类似于表盘上秒针、分针、时针的转动关系）。

       由于三个转子每个都有26种可能的位置，所以三个转子一共可以提供26^3=17576个不同的密码表。

       这个数字已经相当可观了，德国人不满足于此，又将三个转子设计为可以相互交换位置的形式。三个转子可以有3！= 6种不同的排列方式，所以密码表的数目又增加到 17576 X 6 = 105456，也就是大约十万个。

       但是德国仍然不满足，又增加了插线板和转子的数量，将密码数量进行一步扩大了1000亿倍。

       下面是一张图，表示了信号从被输入转子开始，一直到加密完成从转子中输出的完整路径。

       大家可以看到字母A从键盘被输入，依次经过三个转子加密后到达反射器，然后在反射器这里又被替换成另一个字母，接下来又沿着转子返回加密，最终输出字母G。

/ / 恩格玛机 - 反射器 \\ \\ 

       有人会问为什么除了转子，还需要一个反射器？

       事实上，这个反射器的加入赋予恩格玛机两个非常重要的性质：

1、反射器使得恩格玛机的加密过程是自反的。也就是如果输入A得到G，那么在机器配置不变时，输入G一定会得到A。

2、一个字母的加密后的输出结果绝对不会是自身。

以下是对这两个性质如何得到的一些说明：

       1）转子配置不变，意味着字母从同一边到另一边走的永远是一条固定的路径，意味着上图中红色和蓝色路径是固定的，反射器不变，意味着绿色路径也是固定的。那么就意味着字母A沿着红色路线、绿色路线、蓝色路线，一定会得到字母G，同理，字母G沿着蓝色路线，绿色路线、红色路线也一定会得到字母A。

       2）性质二我们基于假设考虑一下：假如字母A想让加密结果是自己，那么它必须沿着红色路径进入，并且沿着红色路径返回才行，但是反射器的加入，强制输入输出不相等，导致上述条件永远得不到满足。

       第二个性质看起来是一个优点，毕竟把一个字母加密成自身不就等于没有加密吗？但是这个看似优点的性质日后反而成了恩格玛机的一个重要漏洞。在破解过程中被破解者狠狠利用了一把。

 

/ / 恩格玛机 - C语言实现 \\ \\

       恩格玛机的原理暂时先讲到这，现在让我们思考一下如何用c语言实现一个简易的恩格玛加密机。

       关键就在于使用循环模拟转子旋转的过程。

       一个简单的恩格玛机加解密实现代码如下，供大家参考：

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<string.h>

void Enigma(char input[20])

    int code;

    int n[4] = 24,2,5;  //定义3个转子

    int nsize=3;

    char output[20];

    for (int i = 0; i < strlen(input);i++)

    

        if(input[i]==' ')output[i] = ' ';continue;

        code = input[i]-'a';

        for (int j = 0; j < nsize;j++)

        

            code = (code + n[j]) % 26;

        

        if(code%2==0)  code++;else code--;  //反射器如果偶数+1，奇数-1，反射器只要能实现字母两两配对就可以了。

        for (int j = nsize-1; j >=0;j--)

        

            code = code - n[j];

            if(code<0)code=26+code;

        

        n[0]++;

        for (int j = 0; j < nsize-1; j++)

        

            if (n[j]>=26)

            

                n[j + 1]++;

                n[j] = 0;

            

        

        n[nsize-1] = n[nsize-1] % 26;

        output[i] = code+'a';

    

    printf("输出为: %s\\n",output);



int main()



char plain[20] = "hey hey  helloworld";

char cipher[20] = "ifz ifx  gdkmpvpske";

Enigma(plain);  //输入明文计算出密文

Enigma(cipher);  //输入密文计算出明文

//上述的两次调用体现了恩格码机的自反性

return 0;

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