Enigma – maszyna szyfrująca, której wersję komercyjną przerobiono na potrzeby wojskowe dla Hitlera. Swoim wyglądem przypominała maszynę do pisania, lecz jej funkcja oraz skomplikowany układ mechaniczno-elektryczny zdradzał przeznaczenie kryptologiczne. Początkowo w latach 20-tych i 30-tych ubiegłego wieku w firmie Scherbius & Ritter pracowano nad pierwszą wersją enigmy (wersja komercyjna). Jej celem miało być szyfrowanie komunikatów między siedzibami różnych firm lub instytucji państwowych. W tamtych czasach wszystkie komunikaty przesyłane były listownie (rzadko drogą radiową), zatem łatwo było przechwycić ważne dla firm i instytucji informacje. W czasie drugiej wojny światowej komunikaty działań Hitlera były przekazywane drogą radiową na wielkie odległości – z centrum dowodzenia na front. Komunikacja radiowa umożliwiała szybką wymianę informacji, lecz miała pewną wadę. Sygnał elektromagnetyczny można było podsłuchać, a wtedy taka wiadomość nie miałaby sensu w przekazie rozkazów. Do szyfrowania wiadomości zastosowano jeszcze przed II wojną światową maszyny o nazwie ENIGMA by uniemożliwić wrogowi odczyt ważnych poleceń i rozkazów.

 

 

 

 

Szyfrowanie wiadomości

W celu zaszyfrowania wiadomości Enigmą, należało ustawić odpowiednio wirniki bębnów zgodnie z tablicą kodów dziennych oraz w nowszych generacjach łącznicę kablową która zamieniała na sztywno literę przed jej podaniem na bębny. Po ustawieniu maszyny (codziennie inaczej zgodnie z wcześniej ustalonymi na 3 miesiące tablicami i wytycznymi), wprowadzano litera po literze wiadomość jawną otrzymując odpowiadające znaki szyfrogramu. Po spisaniu na kartce, szyfrogram był przekazywany do telegrafisty, który wysyłał wiadomość alfabetem Morse'a. Odbiorca postępował identycznie jak nadawca wiadomości z tą różnicą, iż wprowadzał do Enigmy szyfrogram otrzymując wiadomość jawną. Wcześniej musiał ustawić maszynę identycznie jak nadawca, zachowując stan liczników na bębnach i łącznicy kablowej.

 

 

 

Metody kryptologiczne

Jak wiemy, najpopularniejszym i najstarszym znanym szyfrem w historii jest szyfr Juliusza Cezara, zamieniający każdą literę wiadomości na odpowiedni znak wybrany z przesuniętej o wiadomą ilość miejsc z alfabetu. Np. przesuwając się o 2 znaki litera A będzie zastąpiona literą C, litera L na N itd. Takich metod szyfrowania i deszyfrowania używano w czasach, gdy nie było mechanicznych odpowiedników komputerów czyli maszyn szyfrujących. Łatwo było zakodować i rozkodować wiadomość, ale równie łatwo można było w dłuższej wiadomości dopatrzeć się zastosowanej metody szyfrowania.

 

W późniejszym czasie opracowano inne szyfry, np. z kluczem. Do zakodowania i odkodowania wiadomości potrzebny był klucz. Jeżeli klucz jest często zmieniany, a zakodowana wiadomość nie zdradza hasła klucza, można bezpiecznie szyfrować wiadomości. Jeżeli wykorzystamy dość długi klucz, który będzie użyty jeden raz do zaszyfrowania wiadomości – otrzymamy metodę nie do złamania – fachowo nazwano metodę szyfru z kluczem jednorazowym. Metoda z kluczem może być czasochłonna w jej stosowaniu, szczególnie gdy nie mamy odpowiednich narzędzi pomocniczych, tablic lub mechanicznych (elektronicznych) urządzeń wspomagających kodowanie i dekodowanie. Podobne metody stosujemy w szyfrowaniu stron internetowych, podpisie elektronicznym lub zabezpieczeniach sieci radiowych. Hasło klucz może składać się z części publicznej (dostępnej dla każdego), oraz prywatnej konkretnej do odszyfrowania wiadomości przez odbiorcę za pomocą tych 2 kluczy razem.

 

Jak widać im bezpieczniejsza metoda szyfrowania, tym bardziej skomplikowany proces kodowania i dekodowania wiadomości. W latach 30-tych ubiegłego wieku nie było jeszcze zaawansowanych elektrycznie maszyn liczących. Wiek komputerów dopiero się zaczynał, gdy zauważono potrzebę zbudowania maszyn opartych na przekaźnikach, a później na lampach elektronowych. Były to maszyny potężne, zajmujące kilka metrów kwadratowych. Dla potrzeb wojska należało stworzyć małą przenośną wersję maszyny, którą można w szybki sposób kodować i dekodować wiadomości. Idealna do tych celów okazała się ENIGMA.

 

 

Budowa i zasada działania ENIGMY

Enigma składała się z klawiatury, na której można było wprowadzić wiadomość jawną do szyfrowania lub szyfrogram by odszyfrować wiadomość. Maszyna zawierała zestaw 26 lampek z literami, oraz klawiatury ze znakami. Po wciśnięciu danego znaku na klawiaturze zapalała się w górnej części urządzenia lampka podświetlająca znak z szyfrogramu. Każda litera wiadomości jawnej była zastępowana odpowiednim znakiem szyfrogramu. Główną zasadą Enigmy była możliwość szyfrowania losowego. Oznacza to, iż kilkakrotnie wprowadzony znak litery A po sobie dawał wynik za każdym razem inny. Nie dało się zatem w prosty sposób odszyfrować wiadomości.

 

Enigma zawierała zestaw obrotowych wirników – od 2 do 4. Z czasem rozbudowywano maszynę do jeszcze większych rozmiarów np. 8 wirników. Każdy wirnik zawierał 26 liter alfabetu. Po wprowadzeniu znaku dochodziło do obrotu pierwszego wirnika z poz. A na B itd. Po wprowadzeniu pierwszych 26 znaków obracał się kolejny wirnik zmieniając układ elektryczny wyprowadzeń. Enigma była jednocześnie maszyną szyfrującą i deszyfrującą, co zapewniało komfort pracy i użytkowania w czasie operacji wojennych.

 

Jeszcze do niedawna twierdzono, iż złamanie szyfru enigmy zawdzięczamy brytyjskim kryptologom. Dopiero lata współczesne pozwoliły wyjawić prawdę i wkład polskich matematyków w pracę brytyjskiego wywiadu i kryptologii w celu złamania kodu enigmy. Każdy z krajów w tych czasach posiadał własny kod kryptologiczny do szyfrowania informacji szpiegowskich. Polska leżąca pomiędzy dwoma liczącymi się w walce krajami Rosją i Niemcami często przechwytywała zaszyfrowane wiadomości. W 1928 roku polski wywiad przechwycił pierwszą zaszyfrowaną wiadomość maszyną Enigma. Jeszcze wtedy nie wiedziano czym jest Enigma i jak się nazywa. Nie wiedziano jak odczytać szyfrogram nie znając metody jego zaszyfrowania. Okazało się, że do zaszyfrowania wiadomości używano skomplikowanej procedury – być może maszyny, gdyż w innym przypadku polscy matematycy i kryptologowie radzili sobie z odszyfrowaniem większości wiadomości. W tamtym czasie uważano, iż zaszyfrowanej wiadomości metodą mechaniczną nie da się odszyfrować. Liczba kombinacji enigmy przy 3 wirnikach wynosiła 3*10^114, czyli 3 i 114 zer! Z czasem wprowadzano więcej bębnów np. 4 i walce odwracające + łącznica kablowa. Wszystkie te rozszerzenia znacznie zwiększały liczbę permutacji, zabezpieczając odszyfrowanie kodu enigmy.