Enigma online

Prezentowane przez Centrum Szyfrów Enigma repliki dwóch niezwykłych maszyn: Enigmy i Bomby Kryptologicznej Rejewskiego są wstępem i zarazem zaproszenie do opowieści o wydarzeniach, które zmieniły bieg II wojny światowej i utorowały drogę cyfrowemu światu, w którym żyjemy. W historii tej szczególne znaczenie ma nowatorskie zastosowanie maszyny przeciwko szyfrowi innej maszyny, które było dziełem Polaków.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat genialnego pomysłu stojącego za wynalezieniem Bomby Kryptologicznej Rejewskiego, od którego nazwiska Alan Turing nadał swojej maszynie nazwę „Bomba”, przeczytaj poniższy tekst i odwiedź wystawę główną Centrum Szyfrów Enigma w Poznaniu.

Czym była maszyna Enigma?

Jeszcze w czasie I wojny światowej powstały projekty maszyn szyfrujących opartych na zasadzie obracających się wirników. Jednym z konstruktorów był inż. Artur Scherbius, który opracował własną wersję maszyny nazywając ją „Enigma” (z grec. tajemnica). Pomysł zakładał, że maszyna trafi na rynek cywilny i odbiorcami będą przedsiębiorcy obawiający się o swe tajemnice handlowe przekazywane drogą telegraficzną. Później powstało wiele modeli Enigmy, co oznacza, że tak naprawdę należy mówić o rodzinie maszyn szyfrujących, których sercem był zestaw wirników.

Głównym odbiorcą urządzeń okazało się jednak wojsko niemieckie. Planowana przez Niemcy w latach 30. ubiegłego wieku wojna błyskawiczna zakładała utrzymywanie stałej łączności między formacjami, w związku z tym szyfrowanie przesyłanych drogą radiową rozkazów było priorytetem. Pierwszy raz Enigmę wprowadzono w niemieckiej marynarce wojennej w 1926 r. a w wojskach lądowych dwa lata później.

Enigma przypominała z zewnątrz wyglądem maszynę do pisania, wyposażoną ponadto w panel z podświetlanymi literami. Pod pokrywą znajdował się zestaw połączonych ze sobą przewodami wirników z 26 literami alfabetu. Po naciśnięciu klawisza z daną literą (np. A) sygnał elektryczny przebiegał przewodami przez zestaw wirników, a wersji wojskowej dodatkowo przez łącznicę i podświetlał na panelu żarówkę z inną literą (np. H). Co ważne po naciśnięciu jeszcze raz tej samej litery (np. A) wyświetlała się już inna litera niż poprzednio (np. Z). Powodowane to było faktem, że z każdym naciśnięciem klawisza wirnik obracał się o jedną pozycję i tym samym zmieniała się ścieżka biegnącego impulsu. Po spisaniu zaszyfrowanej wiadomości (której litery wyświetlały się na panelu z żarówkami) przekazywano ją drogą radiową (alfabetem Morse’a) do odbiorcy. Po ustawieniu maszyny w identyczny sposób jak nadawca, odbiorca wpisując zaszyfrowaną wiadomość, odczytywał jej treść na panelu z żarówkami.

Enigma reprezentowała nową metodę szyfrowania przez maszynę, gdzie kluczem było odpowiednie jej ustawienie. Składał się na to dobór i ustawienie wirników, pierścieni i łącznicy oraz wprowadzenie przez każdego szyfranta każdorazowo klucza indywidualnego. Przy obracających się każdorazowo wirnikach liczba możliwych kombinacji stawała się niewyobrażalnie wielka. Z tego względu szyfr Enigmy przez wielu uważany był za nierozwiązywalny.

Polskie Biuro Szyfrów podjęło się jednak tego wyzwania i postanowiło zaangażować do niego matematyków, co było podejściem na ówczesne czasy nowatorskim. W tym celu zorganizowano w Poznaniu w 1929 roku tajny kurs dla studentów tutejszego uniwersytetu i utworzono poznańską ekspozyturę służb kryptologicznych. Mieściła się w budynku Intendentury Wojskowej w miejscu obecnego, powojennego gmachu, w którym siedzibę ma Centrum Szyfrów Enigma. Tym samym to w Poznaniu wyłoniono przyszłych trzech pogromców Enigmy, którzy tu zaczęli karierę kryptologiczną.

Bomba Rejewskiego

Polskie Biuro Szyfrów, a konkretnie pracownik cywilny tegoż Biura Marian Rejewski na polecenie swego przełożonego Maksymiliana Ciężkiego zajął się kwestią Enigmy w 1932 roku i pod koniec grudnia złamał szyfr po raz pierwszy. Mimo zmienianych przez Niemców procedur szyfrowania polska ekipa, niemal przez całe lata 30 XX w., tworzyła nowe, skuteczne narzędzia wspomagające dekryptaż, takie jak: cyklometr, płachty Zygalskiego czy bombę Rejewskiego.

Punktem zaczepienia Rejewskiego umożliwiającym podjęcie skutecznego ataku na szyfr Enigmy, czyli odtworzenie ustawienia maszyny było zauważenie zależności między pierwszymi sześcioma literami każdej depeszy. Stanowiły one dwukrotnie szyfrowany, wymyślany przez każdego szyfranta, trzyliterowy klucz indywidualny. Na podstawie analizy wielu depesz z jednego dnia, Rejewski mógł opracować cykle dla poszczególnych liter tych kluczy, które miały swoje cechy charakterystyczne. Wykrycie cykli znacząco zmniejszało liczbę potencjalnych, zastosowanych przez szyfranta, kombinacji wirników. By przyspieszyć ich sprawdzanie opracowano pierwsze z polskich urządzeń, czyli cyklometr. Złożony był z dwóch zestawów wirników Enigmy i rozdzielni połączonej z przełącznikami i zapalającymi się żarówkami. Wskazywały one długość cykli dla danego dnia co umożliwiało odtworzenie ustawienia wirników.

Kluczowe zmiany w metodach szyfrowania Enigmą nastąpiły po wrześniu 1938 roku. Od tego momentu ustawienie bazowe Enigmy zmieniało się z każdą depeszą. Na podstawie przechwyconych depesz można było odnieść się tylko do cyklu pojedynczego (złożonego z jednej litery). Odpowiedzią na to wyzwanie była bomba Rejewskiego, której głównym elementem było sześć zestawów wirników Enigmy obracających się w trybie pracy za pomocą silnika elektrycznego. Zdarzały się przypadki,gdzie jedna litera w depeszach z danego dnia powtarzała się w poszczególnych parach kluczy na każdej z trzech pozycji. Tę rzadką cechę wykorzystywano i ustawiano urządzenie tak, by szukało właśnie danej litery z pojedynczego cyklu. Po jej wykryciu obracające się wirniki natychmiast zatrzymywały się. Spisywano położenie wirników i sprawdzano, czy dają wynik umożliwiający złamanie klucza. Wielkim osiągnieciem było zbudowanie przez warszawską firmę AVA w ciągu miesiąca sześciu takich urządzeń.

Trzeba podkreślić, że innowacyjnym podejściem Polaków było użycie przez nich po raz pierwszy maszyn wspomagających atak na szyfr innej maszyny. Po maju 1940 roku, kiedy Niemcy zrezygnowali z podwójnego szyfrowania klucza depeszy zdezaktualizowała się ostatnia polska metoda, czyli płachty Zygalskiego. Anglicy musieli podejść do sprawy na nowo, choć inspiracje polskimi rozwiązaniami były oczywiste. Warto podkreślić, że genialny brytyjski matematyk i kryptolog Alan Turing maszynę własnej konstrukcji również nazwał bombą, inspirując się wcześniejszym urządzeniem stworzonym przez Polaków.