Komputery Colossus

Złamanie tego kodu było jednym z triumfów II Wojny Światowej

Na pierwszy rzut oka wcale nie było oczywiste, że Morska Enigma będzie tak trudna do złamania. Niemiecka Kriegsmarine początkowo używała tej samej wersji maszyn Enigma co Wehrmacht oraz Luftwaffe, a te były złamane praktycznie przez cały okres trwania wojny.

Trudność leżała w systemie indykatorowym. Był on unikalny dla Kriegsmarine i wymagał oddzielnego systemu kodowania, skrótów dwu i trzyliterowych do ukrywania ustawień wiadomości. Jak wyjaśnimy dalej, to właśnie ten system indykatorowy sprawił olbrzymie trudności w złamaniu kodu Enigmy Morskiej.

Historia rozpoczyna się od Arthera Scherbusa, który wynalazł Enigmę w roku 1922. Wyprodukował on względnie prostą maszynę handlową, która posiadała trzy wirniki oraz obrotowy reflektor bez łącznicy wtyczkowej. Została ona zakupiona przez Niemiecką Marynarkę Wojenną i od 1926 roku była używana w mniej więcej niezmienionej formie. Później Kriegsmarine przeszła na główny model Heimsoeth und Rinke, który był używany przez Wehrmacht, a następnie przez Luftwaffe. Wprowadziło to nieco zamieszania, ponieważ przede wszystkim zmieniono w niej okablowanie wewnątrz wirników, a chociaż bęben odwracający był nieruchomy, to z przodu maszyny została dodana łącznica wtyczkowa.

Podsumowanie Niemieckiej Maszyny Enigma.

1. "Zwrotna" : Jeśli A → J, to przy tym samym ustawieniu bębnów J → A.
2. "Niezderzeniowa": A nie może zostać zaszyfrowane jako A.
3. Ząbki przenoszące obrót na pierścieniach alfabetycznych. Pierścienie można ustawiać w różnych pozycjach względem rdzenia zawierającego krzyżowe okablowanie (niem. Ringstellung - ustawienie pierścieni).
4. Oto litery ukazujące się w okienkach tuż przed obrotem bębna, wraz z wierszykiem z Bletchley Park:
   
.(R)oyal (F)lags (W)ave (K)ings (A)bove.
..I......II......III....IV.......V.

   To był błąd. Wszystkie bębny powinny posiadać ten sam punkt przeniesienia obrotu i późniejsze bębny 6, 7 i 8 tak właśnie miały. Przy różnych ustawieniach punktu przeniesienia obrotu można było zidentyfikować bębny. Bębny 6, 7 i 8 zostały dodane przez Kriegsmarine. Posiadały one w tych samych miejscach po dwa punkty przeniesienia obrotu. Poniżej pokazane są te punkty w odniesieniu do liter alfabetu na bębnie.
   
   5,6,7,8.. 2.........4.....6,7,8...1.........3.
|.........|.........|.....|.......|.........|.
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z.
    
5. Dla każdego numeru bębna zawsze ta sama litera ukazuje się w oknie po przeniesieniu obrotu.
6. Prąd elektryczny płynie przez przewody i żarówki PO obrocie bębna lub bębnów.

Pierwsza maszyna Enigma używana przez Niemiecką Kriegsmarine w latach 20-tych posiadała trzy bębny szyfrujące, obracany reflektor (bęben odwracający) i nie była wyposażona w łącznicę wtyczkową. Ta wczesna Enigma została wkrótce rozpracowana, ponieważ Polacy zakupili wersję handlową.

W 1931 Niemiecka Marynarka Wojenna przeszła na Enigmę typu "Heimsoeth und Rinke", która była w użyciu we wszystkich niemieckich siłach zbrojnych przez pozostały okres wojny. Model ten początkowo posiadał trzy bębny szyfrujące oraz łącznicę wtyczkową, na której zamieniano ze sobą tylko 6 par liter.

Polacy w tym czasie już zaangażowali trzech młodych matematyków: Henryka Zygalskiego, Jerzego Różyckiego oraz Mariana Rejewskiego, którym zlecono zadanie znalezienia sposobu złamania Enigmy. Marian Rejewski opracował teorie matematyczne Enigmy i przy pomocy materiałów szpiegowskich rozpracował połączenia elektryczne w bębnach. Następnie Polacy zbudowali replikę Enigmy i mogli odczytywać przez wiele lat niemiecką tajną korespondencję.

Polski model posiadał łącznicę wtyczkową ze zwykłych wtyków telefonicznych umieszczoną z tyłu. Gdy Polacy byli zaangażowani w łamanie szyfrów Enigmy, Niemcy podmieniali na łącznicy tylko 6 par liter. Później liczbę tę zwiększono do optymalnej liczby 10 par liter. Lecz przy 6 podmianach maszyna ta zachowywała się bardzo podobnie do maszyny bez podmian liter, co ułatwiało złamanie jej szyfru.

Ustawienia wiadomości podawały pozycję początkową bębnów przy szyfrowaniu i rozszyfrowywaniu wiadomości. Niemcy korzystali z dwóch różnych metod ukrywania tych ustawień przed przechwyceniem.

a) sama maszyna Enigma.

Wybrane przez szyfranta ustawienia wiadomości były dwukrotnie szyfrowane na maszynie Enigma poczynając od ustawień Grund (niem. podstawowy, bazowy) i wynikowe 6 liter przesyłano do zamierzonego odbiorcy w nagłówku wiadomości. Taki system stosowany był przez Wehrmacht i Luftwaffe.

b) zupełnie oddzielny system kodowania.

1 maja 1937 Niemiecka Marynarka Wojenna wprowadziła nowy system szyfrowania ustawień wiadomości za pomocą zastępowania znaków dwuliterowych. Był to główny system Kriegsmarine i wymagał wybierania trójznaków z książki szyfrów (niem. Kennbuch), szyfrowania ich przy ustawieniu Grund w celu otrzymania ustawień wiadomości, a następnie wykonania podmian dwuznaków na trójznaku i późniejszego wysłania wyników tej podmiany w nagłówku wiadomości.

Zamierzony odbiorca wykonywał odwrotne podmiany dwuznaków w celu odszyfrowania trójznaku, następnie odszyfrowywał go przy ustawieniu Grund, aby otrzymać docelowe ustawienie wiadomości.

Polacy nagle odkryli, że ich systemy łamania podwójnych ustawień wiadomości przestały działać i nie wiedzieli dlaczego.

8 maja Grundstellung (ustawienie podstawowe) zostało odkryte w wyniku typowego błędu Niemców. Łódź torpedowa o symbolu kodowym AFA nie otrzymała instrukcji dotyczących nowego systemu i miała nakazane w innej wiadomości wysłanej w innym szyfrze, który Polacy byli w stanie złamać, aby używała starego systemu. Dwie lub trzy wiadomości z AFA wystarczyły do odkrycia Grundstellung za pomocą ściąg Forty Weepy Weepy. Ustawienie Grund było identyczne jak 30 kwietnia i stąd otrzymano ustawienia na kolejne dni.

Lecz pomimo rozszyfrowywania około 15 wiadomości dziennie Polacy nie potrafili rozpracować nowego systemu indykatorowego. Podejrzewali, że jest on oparty na podmianie dwuznaków, lecz nie zaszli dalej.

Wiadomości przedłużone: FORT 23:30.

Górny rząd klawiatury używano do liczb:

Q W E R T Z U I O P
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

Litera Y używana była do oznaczania liczb:

FORTYWEEPYYWEEPY.

1. Kolejność bębnów (WO - Wheel Order).
   Numery bębnów szyfrujących, które należało umieścić w maszynie Enigma w kolejności z lewa na prawo. (336 kombinacji przy ośmiu bębnach, zredukowanych przez "reguły" dołączania co najmniej jednego z bębnów 6, 7 lub 8).
2. Ringstellung.
   Ustawienia pierścieni dla każdego bębna, z lewa na prawo (17.576 kombinacji).
   Uwaga: Kolejność Bębnów oraz Ringstellung obowiązywała przez dwa dni (zwane dniami sparowanymi), ustawienia łącznicy wtyczkowej oraz Grundstellung zmieniano każdego dnia.
3. Ustawienia łącznicy wtyczkowej.
   Zwykle dziesięć par podmieniających 20 liter (140 milionów milionów).
4. Grundstellung.
   Trzy (lub cztery) litery pokazujące pozycję bębnów, którą należało ustawić przy szyfrowaniu ustawień wiadomości.