Souboj s nacistickou Enigmou nastartoval éru počítačů

Muzeum v britském Bletchley Parku dokumentuje, jak spojenci během druhé světové války rozluštili a dokázali číst zprávy šifrované strojem Enigma.
Kapitoly článku

Městečko Bletchley v hrabství Buckinghamshire, asi 70 kilometrů severozápadně od Londýna, je na první pohled nenápadné. Přesto se tu psaly dějiny. V legendárním a dlouho utajovaném Bletchley Parku se velkým mozkům doby (od matematiků a šachistů až po luštitele křížovek a lingvisty) podařilo prolomit tajemství nacisty využívaného šifrovacího stroje Enigma. To podle některých odborníků zkrátilo druhou světovou válku až o tři roky. Výzva porazit Enigmu urychlila také cestu k počítačové éře.

Prolomit Enigmu, vyhrát válku...

To, že se britským bořičům kódů v Bletchley Parku podařil opravdu husarský kousek, dokládá to, že Němci i několik let po válce odmítali uvěřit tomu, že spojenci uměli číst Enigmou šifrované zprávy. Úspěch práce stovek brilantních myslitelů v čele s legendárním matematikem Alanem Turingem jakoby popírá všechny zákonitosti pravděpodobnosti, možných kombinací nastavení šifrovacího stroje Enigma je totiž nepředstavitelné množství – přes 100 miliard.

Klepněte pro větší obrázek
Šifrovací stroj Enigma. Foto: Bletchley Park​

Bez některých chyb, kterých se nacisté při zasílání šifrovaných zpráv dopustili, a bez brzkého začátku zkoumání stojů Enigma ještě před válkou, by zřejmě opravdu prolomení německých kódů nebylo možné. Díky souhře okolností a mocné síle lidského důvtipu se to ale podařilo.

Ve válečných studiích to dosud není doceněno, ale Spojenci například v bitvě o Atlantik, v tažení proti německému maršálovi Erwinu Rommelovi nebo přípravách invaze v Normandii měli klíčovou výhodu – informace přímo z týlu nepřítele.

Klepněte pro větší obrázek
Vchod do hlavní budovy zdobí socha britského premiéra Winstona Churchilla. U ní je jeho citát: „Žádná z operací 2. světové války nebyla tak závislá na Bletchley, jako vylodění v Normandii. Bez tady odvedené práce by operace jen těžko uspěla.“ Foto: Bletchley Park

Výsledky práce Bletchley Parku také dokládají to, že extrémní situace často lidstvo posunou k mimořádným inovacím. Kdo ví, jak daleko by dnes byla informační a výpočetní technika, kdyby pro vědce neexistovala výzva v podobě Enigmy. Pouze akutní válečné ohrožení zřejmě také umožnilo, že se ve čtyřicátých letech minulého století podařilo na jednom místě shromáždit tolik výjimečných mozků.

Vysoká koncentrace nápadů a analytických schopností vedla až sestavení tzv. Turingovy bomby – vzdáleného předchůdce dnešního počítače, který měl za úkol mechanicky analyzovat kombinace kódů v takovém rozsahu, který by člověk sám nebyl schopen zpracovat. Pojďme se ale podívat na celý příběh Enigmy a jejího prolomení pěkně od začátku.

Klepněte pro větší obrázek
Bletchley Park. Foto: Bletchley Park

Příběh Enigmy

Elektromechanický šifrovací stroj Enigma vznikl už ve dvacátých letech 20. století, stojí za ním německý inženýr Arthur Scherbius. Původně sloužil čistě komerčním účelům, k šifrování zpráv ho používaly pošty nebo banky. Firma Scherbius & Ritter nabízela svůj stroj i německému námořnictvu a ministerstvu zahraničí, ty ale o šifrovací stroj zpočátku nejevily zájem. Stroj postupně prošel několika inovacemi a nakonec si cestu do německé armády našel.

Enigma je kombinací elektrického a mechanického systému. Mechanický systém je složen z klávesnice podobné té u psacího stroje a sady rotujících disků (rotorů), které jsou řazeny za sebou na jedné ose. U rotorů je podstatný krokový mechanismus, který postupně otáčí jedním nebo několika rotory s každým stiskem klávesy. To znamená, že když dvakrát za sebou stisknete stejnou klávesu, stroj má pokaždé jiné nastavení.

Do armádní verze byla navíc přidána rozvodná deska s dvojitými zástrčkami, která umožňovala prohození písmen na klávesnici, což kryptografickou sílu stroje ještě výrazně zesílilo.

Klepněte pro větší obrázek
Rotors – rotory, Lampboard – žárovky, Keyboard – klávesnice, Plugboard – rozvodná deska. Foto: Bletchley Park

Jak vypadalo šifrování v praxi?

Při posílání a přijímání zpráv šifrovaných Enigmou byla podstatná koordinace výchozího nastavení přístroje mezi vysilatelem zprávy a jejím příjemcem. Bylo nutné znát, jak jsou za sebou v horní části stroje poskládány rotory. Každý z rotorů měl na ozubeném kolečku jiný sled kontaktů. Enigmy užívané německým námořnictvem měly dokonce pět vyměnitelných rotorů, z nichž u tří bylo možné měnit pořadí.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Rotory. Foto: Bletchley Park

Dále bylo nutné znát umístění dvojitých zástrček na rozvodné desce, které prohazovaly písmena na klávesnici.

Klepněte pro větší obrázek
Rozvodná deska. Foto: Bletchley Park

Jenže znát základní nastavení přístroje pro dešifrování zpráv samo o sobě nestačilo. Pravidelně, někdy i víckrát denně, měnily jednotlivé složky německé armády operativní klíč. Ten spočíval v úvodním nastavení otáčejících se rotorů. Technik otáčel ozubenými kolečky rotorů tak dlouho, až se v okýnkách objevila zvolená kombinace písmen.

Klepněte pro větší obrázek
Otáčením rotorů bylo nutné nastavit počáteční kombinaci písmen. Foto: Bletchley Park

Ve chvíli, kdy byl stroj správně nastaven, mohlo začít vlastní šifrování zprávy. Po stisku požadovaného písmena na klávesnici se v přístroji uzavřel elektrický obvod, který rozsvítil jednu z žárovek, která indikovala výsledné zašifrované písmeno.

Například při šifrování zprávy BERLIN operátor nejdříve stiskne B, rozsvítí se třeba Z, potom Z bude prvním písmenem zašifrovaného textu. Poté operátor stiskne E, rozsvítí se třeba G, zapíše a stejným způsobem pokračuje. Při každém stisku klávesnice se přitom krokovým mechanismem posunuje ozubené kolečko rotoru, což znamená opět jinou kombinaci zapojení elektrického obvodu.

Klepněte pro větší obrázek
Šifrování pomocí Enigmy: proud je veden do sestavy rotorů, přes reflektor a zpět znovu skrz rotory. Písmeno A se zakóduje jinak s každým následným stisknutím, poprvé na G, dále na C atd. Je to proto, že pravý rotor se po stisku klávesy pootočí a signál je veden pokaždé jiným obvodem. Foto: Bletchley Park

Zašifrované sdělení se zapsalo do pětipísmenných bloků, depeše se předala k odeslání morseovkou pomocí rádiových vln. Druhá strana měla stejně nastavenou Enigmu jako odesilatel, včetně denního klíče a reverzním způsobem zprávu dešifrovala.

Klepněte pro větší obrázek
Enigmou zašifrovaný text. Foto: Bletchley Park

Článek pokračuje v druhé kapitole...

Témata článku: Technika, Historie, Osobnosti počítačové historie, Šifrování, Matematika, Alan Turing, Vojenství