Šifrovací stroj Enigma

Ne vždy se boje a války odehrávají jen v zákopech a na krvavých bojištích a vítězství se může zrodit také někde u stolu s papírem a tužkou v ruce. Nejinak tomu bylo i v dosud největším válečném konfliktu v dějinách lidstva, kdy britský kryptolog Alan Turing pomohl svojí nekonečnou mravenčí prací zkrátit druhou světovou válku přibližně o dva roky. Podařilo se mu totiž, s pomocí předchozích úspěchů polských kolegů a za přispění dalšího Brita Gordona Welchmana, prolomit nacistický šifrovací stroj Enigma.

Historie Enigmy

Enigma byla šifrovací stroj založený na kombinaci elektrických a mechanických systémů, který se původně používal k civilním účelům. V roce 1918 si ho nechal patentovat německý inženýr Arthur Scherbius, aby jím nahradil zastaralé šifrovací systémy z první světové války. Enigma si získala poměrně velkou oblibu a už od počátku 20. let ji používalo mnoho firem z celého světa k ochraně svých obchodních zájmů. Proslulou se ale stala až díky jejímu širokému využití v německé armádě. Postupně vzniklo velké množství variant pro rozdílné účely a s různými úpravami pro zvýšení bezpečnosti šifry.

Princip šifrování

Enigma byla založena na uzavření elektrického obvodu a na sadě 3 rotorů. Zjednodušeně lze říci, že šifrování probíhalo tak, že se při stisku klávesy uzavřel elektrický obvod. Proud pak prošel jednotlivými součástmi stroje a podle jeho průchodu rozsvítil příslušnou žárovku na panelu, která podsvítila zakódované písmeno. To pak operátor přečetl a zapsal.

Trocha počtů

Abychom však získali představu o možnostech a kombinacích, které Enigma poskytovala, musíme se na proces šifrování podívat podrobněji.  Jako vzor nám poslouží nejvíce využívaný typ z roku 1939. Ten měl k dispozici 5 různých rotorů, z nichž se při každé změně šifrování vybraly 3. Existovalo tedy 60 možností jak rotory nakombinovat. Každý rotor měl 26 možných startovacích pozic, podle počtu písmen v německé abecedě, existovalo tedy 17 576 startovacích pozic. Pro vyšší stupeň šifrování, který byl určen pouze armádě, měli navíc v Enigmě tzv. konektorovou desku, která byla vybavena 10 přepínači. Ty spojovaly 20 libovolných písmen do páru a vzájemně je v rámci dvojice zaměňovaly. Pokud bylo tedy spojeno např. B a K a v šifrování mělo padnout písmeno B, rozsvítilo se K. Toto vylepšení přineslo neuvěřitelných 158 962 555 217 826 360 000 kombinací jak Enigmu zapojit!

Nastavení Enigmy

Dva lidé na míle daleko od sebe museli však mít pochopitelně Enigmu ve stejném nastavení, aby mohli navzájem vysílat a přijímat zprávy. Dostávali tedy vždy měsíční rozpis, kde bylo v tabulce přesně rozepsáno, jak Enigmu každý den přenastavit. Námořnictvo si navíc tento rozpis psalo rozpustným inkoustem, takže když je zajali, hodili papír do vody a uchovali tajemství. Vraťme se ještě na chvíli k rotorům a výběru písmen do šifrované zprávy. Celý systém byl, jak už víme, založen na tom, že Enigma přiřadila ke každému písmenu zmáčknutému na klávesnici vždy jiné písmeno do šifry. Pokud bychom zmáčkli desetkrát po sobě písmeno K, pokaždé by ho zastupovalo jiné písmeno v šifře. To znamená, že pokud bychom šifrovali například slovo BOJOVAT, v šifrované zprávě by první O bylo třeba T a druhé O například M. Do té doby naprosto nevídaná věc. Není divu, že nacisté podlehli přesvědčení, že mají v moci neprolomitelnou šifru.

Odhalení šifrovacího principu

A přesto měla slabinu, které dokázali britští kryptoanalytici využít. Šifrované písmeno se totiž nikdy nestalo samo sebou. Pokud bychom mačkali stále O, v šifrované zprávě se budou písmena měnit, až se vystřídá celá abeceda kromě samotného O. A to se stalo vodítkem k rozluštění šifry. Klíčové bylo odtušit nějaké slovní spojení, které by se v konkrétní šifrované právě mohlo vyskytovat (např. závěrečné Heil Hitler) a pak hledat jeho umístění ve zprávě právě tak, aby nestála proti sobě totožná písmena.

Alan Turing, britský kryptoanalytik, měl za úkol najít způsob, jak díky tomuto zjištění šifru prolomit. A tak navrhl spolu s Gordonem Welchmanem obrovský přístroj zvaný Bombe. Ten byl sice velký a neskutečně hlučný, ale dokázal šifru prolomit za 20 minut! Což bylo úžasné vzhledem ke skutečnosti, že úderem půlnoci se všechny Enigmy přenastavovaly, a tak bylo potřeba šifru rozpoznat každý den znovu a znovu. Bombe dokázal projít a analyzovat všechny pozice rotorů za 20 minut, přitom to nebyl nijak progresivní vynález, spíše naopak. Využíval poněkud zpátečnicky proces eliminace – na konci mu tedy zůstalo to, co nebylo špatně. Bombe byl pojmenován na počest polského šifrovacího stroje Bomba, který fungoval na zcela odlišném principu, kdy využíval chyb v německých procedurách k prolomení leteckých a vojenských šifer. Nemohl však prolomit šifru námořní. Britové nakonec vytvořili z Enigmy vlastní šifrovací stroj Typex, který byl však mnohem bezpečnější, protože odstranil nedostatek Enigmy a písmeno se v šifře mohlo stát i samo sebou.