Enigma: nemecký šifrovací stroj — princíp, história a prelomenie

Enigma: podrobný prehľad princípu, histórie a prelomenia legendárneho nemeckého šifrovacieho stroja — od poľských lúštiteľov po Bletchley Park a Ultra.

Stroj Enigma vytvoril pre Nemecko Arthur Scherbius počas prvej svetovej vojny. Ide o šifrovací stroj: spôsob, ako zmeniť písmená v správe tak, aby sa zdalo, že ide o zakódované písmená (alebo náhodné písmená). Enigma bola pôvodne komerčný prístroj, neskôr adaptovaný a výrazne vylepšený pre vojenské použitie v medzi a počasdruhových rokoch.

Ako Enigma fungovala

Pri každom písaní sa písmeno zobrazí ako ďalšie písmeno abecedy. Výbery nie sú náhodné. Rozhoduje o nich séria rotorov, ktoré sú každý deň nastavené na iné východiskové nastavenie. Každým stlačením klávesu sa rotory otočia do novej polohy. Základné prvky stroja:

• Rotory (walze) – každý rotor obsahuje vnútorné prepojenie písmen; ich poradie v stroji a počiatočné nastavenie určujú substitučnú permutáciu. Menením poradia rotorov a ich nastavení vzniká veľa možných kľúčov.
• Reflektor (Umkehrwalze) – posiela elektrický prúd späť cez rotory, čo robí šifrovací proces symetrickým: ten istý prístroj so správnym nastavením dokáže text aj dešifrovať.
• Ringstellung (nastavenie prstenca) – posúva vnútorné spojenia rotora voči označeniam na jeho obvode, čím ďalej zvyšuje zložitosť šifry.
• Steckerbrett (prepájacia doska) – externé káblové páry na zadnej strane stroja, ktoré vymieňajú páry písmen pred a po prechode cez rotory; tento element výrazne zvyšoval počet možných kľúčov a bezpečnosť (vojenské verzie používali obvykle niekoľko párov prepojení).
• Krokovací mechanizmus – pri každom stlačení kľúča sa posunú aspoň niektoré rotory; špecifické pravidlá posunu (vrátane fenoménu „double-stepping“) vytvárajú komplikovanú postupnosť substitúcií.

Poľské prelomenie a prínos matematiky

Nemecké vojenské správy na stroji Enigma prvýkrát prelomil poľský šifrovací úrad v decembri 1932. Hlavnými postavami boli poľskí matematici a kryptoanalytici Marian Rejewski, Jerzy Różycki a Henryk Zygalski. Rejewski použil čistú teóriu permutácií a grupovú teóriu spolu so získanými informáciami o prevádzkových postupoch, aby rekonštruoval vnútorné zapojenie rotorov.

Poliaci nielenže porozumeli matematickému princípu Enigmy, ale aj navrhli mechanické zariadenia na lámanie šifier – tzv. „bomba kryptologiczna“ (bomba) – a vytvorili pomocné pomôcky, napríklad Zygalskiho listy (papierové matrice), ktoré uľahčovali hľadanie denných kľúčov.

Od roku 1938 sa do strojov Enigma pridávali ďalšie zložité prvky, ktoré dešifrovanie sťažovali. Najvýznamnejším zmenami boli rozšírenie počtu možných rotorov, zmena operačných postupov a zvýšené využívanie prepájacej dosky.

Dňa 25. júla 1939 vo Varšave Poliaci ukázali francúzskym a britským spravodajským agentom svoju kryptoanalýzu Enigmy a každej delegácii sľúbili Enigmu poľskej výroby. Táto ukážka bola dôležitým začiatkom neskoršej britskej práce v Bletchley Parku.

"Hut 6 Ultra by nikdy nevznikla, ak by sme sa od Poliakov včas nedozvedeli podrobnosti o nemeckej vojenskej verzii komerčného stroja Enigma, ako aj o používaných operačných postupoch." Gordon Welchman, The Hut Six Story, 1982, s. 289.

Britská práca v Bletchley Park

Počas invázie do Poľska (1939) boli poľskí šifranti poslaní do bezpečia do Francúzska. Neskôr utiekli do Británie. V Bletchley Parku vyvinuli britskí a spojeneckí kryptanalytici ďalšie mechanické a elektromechanické stroje inšpirované poľskými nápadmi. Alan Turing navrhol modernizovanú verziu „bombe“ a Gordon Welchman zaviedol dôležité vylepšenie v podobe tzv. diagonálnej dosky, ktorá podstatne zrýchlila hľadanie kombinácií.

V Bletchley Parku vznikli špeciálne tímy (známe ako „Huts“, napr. Hut 6 sa zaoberala armádnymi a leteckými správami; Hut 8 riešila námorné šifry pod vedením Alana Turinga), ktoré systematicky vyriešili obrovské množstvo správ z Enigmy a odovzdávali otvorený text vojenskému štábu.

Dôležité prelomenia a získanie materiálov

Chyby nemeckých operátorov (opakujúce sa frázy, opätovné použitie nastavení, stereotypné začiatky správ) výrazne pomáhali pri kryptoanalýze. Pri rozlúštení Enigmy námorníctva mali obrovský význam aj fyzické zisky – získanie kľúčových tabuliek, denníkov a samotných rotorov a strojov pri obsadení alebo zajatí nemeckých plavidiel. Pomocou akcií, ako bolo získanie materiálov z nemeckej ponorky., dokázali lúštitelia zvládnuť aj zložitejšie verzie Enigmy (napríklad námornú verziu s ďalšími bezpečnostnými prvkami a neskôr modely s vyšším počtom rotorov).

Význam „Ultra“ a vplyv na priebeh vojny

Informácie, ktoré z toho získali a ktoré Briti nazývali "Ultra", boli veľkou pomocou pre vojnové úsilie Spojencov. Ultra obsahovala aj dešifrovanie ďalších nemeckých, talianskych a japonských šifier a kódov vrátane šifry nemeckého vrchného velenia. Inteligencia z Ultra ovplyvňovala rozhodnutia vo viacerých kľúčových operáciách — od boja o Atlantik, kde pomáhala chrániť konvoje pred U‑boatmi, cez kampane v Severnom Afrike až po operácie spojené s vylodením v Normandii a taktické rozhodovanie na frontoch.

Dedičstvo a spomienka

Po vojne zostala práca na Enigme dlho utajená. Až neskôr sa rozsah úspechov Bletchley Parku a účinok Ultra sprístupnil verejnosti. Dňa 15. júla 2011 kráľovná Alžbeta II. navštívila Bletchley Park, kde je stroj uložený v múzeu, aby vzdala hold tým, ktorí tam pracovali, pretože rozlúštením šifier nacistického Nemecka prerušili vojnu.

Enigma zostáva dôležitým historickým príkladom kombinácie matematiky, inžinierstva, dôvtipu a ľudského faktora v kryptografii. Zachované stroje, dokumenty a rekonštrukcie dnes slúžia v múzeách a výstavách ako výučbový materiál i pamätník tých, ktorí prispeli k prelomeniu tejto zložitej šifry.

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to stroj Enigma?

Otázka: Kto ako prvý prelomil nemecké vojenské správy, ktoré boli napísané na stroji Enigma?

Otázka: Ako britskí lúštitelia kódov vyriešili obrovské množstvo správ z Enigmy?

Otázka: Aké chyby robili nemeckí operátori, ktoré pomohli kryptoanalýze Enigmy Luftwaffe?

Otázka: Ako pomohlo britské zachytenie kľúčových tabuliek a strojov z nemeckých ponoriek pri lúštení tých námorných?

Otázka: Kedy kráľovná Alžbeta II. navštívila Bletchley Park?

Hľadajte podľa písmena