Bomba kryptologiczna Turinga

Kiedy wybuchła II wojna światowa jednym z kluczowych „asów w rękawie” po stronie III Rzeszy był niezłamany do początku lat czterdziestych system szyfrowania – Enigma. Z jej pomocą skutecznie transferowano meldunki, ważne informacje i rozkazy. Zmieniający się codziennie klucz szyfru powodował, że rozszyfrowanie pojedynczego meldunku nie pozwalało na rozkodowanie kolejnych wiadomości. Na dodatek czas, jaki zajmowało ręczne odczytanie pojedynczej, przechwyconej informacji, był zbyt długi, aby zrobić to wystarczająco szybko. Przełom nastąpił w marcu 1940 roku, kiedy Alan Turing, prekursor informatyki zbudował swoją Bombę kryptologiczną. Ten artykuł poświęcony będzie historii jego maszyny, która zmieniła bieg wojny. Zachęcam was również do przeczytania pozostałych treści w zakładce „Fizyka wokół nas”, gdzie poruszamy tematy, dotyczące otaczającego nas świata.

Enigma na początku II wojny światowej

Enigma powstała już w 1918 roku i skutecznie chroniła niemieckich tajemnic wojskowych przez cały okres międzywojenny oraz pierwszy rok kolejnego konfliktu. Szyfrogramy tej maszyny po raz pierwszy udało się rozszyfrować polskim kryptologom w 1932 roku. Warto wiedzieć, że późniejsze prace Alana Turinga w dużej mierze opierały się na dokonaniach polskich inżynierów – Mariana Rejewskiego, Jerzego Różyckiego oraz Henryka Zygalskiego. Ich osiągnięcia pozwoliły na rozwój prac nad dekodowaniem szyfrów, wciąż udoskonalanych maszyn Enigmy. Obecna na rynku cywilnym od lat dwudziestych ubiegłego wieku została zaadaptowana przez instytucje państwowe wielu państw.

Gdy nadeszła II wojna światowa, z powodzeniem zaczęto ją wykorzystywać w siłach zbrojnych, służbach bezpieczeństwa i wywiadowczych Niemiec. Sama Enigma była elektromechaniczną maszyną szyfrującą, opartą na zasadzie obracających się wirników. Była produkowana w licznych wersjach, wciąż ulepszanych pod kątem jakości kodowania wiadomości. Charakterystyka maszyny oraz jej kluczowa rola w transmisji tajnych informacji w armii niemieckiej spowodowała, że niezbędne było wynalezienie sposobu na szybki odczyt meldunków. Brytyjski wywiad przeprowadził specjalny nabór na kryptologów, w wyniku którego w projekcie wziął m.in. wspomniany wcześniej Alan Turing. Tak rozpoczął się nowy etap walki z Enigmą…

Bomba kryptologiczna Turinga

Alan Turing już w 1939 roku zaprojektował maszynę, która była zdolna uderzyć w słabości szyfru Enigmy. Powstanie konceptu było możliwe m.in. dzięki informacjom przekazanym przez polski wywiad. Do głównych problemów przy konstrukcji „bomby” zaliczała się duża liczba bębenków szyfrujących i zmienność procedury szyfrowanie. Działanie maszyny Turinga opierało się na innym podejściu niż to zastosowane w pierwowzorze autorstwa Rejewskiego. Brytyjski naukowiec oparł się na czynniku, którego redukcji nie potrafi dokonać najdoskonalszy szyfr – błędzie ludzkim. Zauważył on, że pewne sformułowania pojawiają się bardzo często w meldunkach np. „Heil Hitler”, bądź zapytanie o pogodę w przypadku wiadomości marynarki wojennej. Dzięki odkryciu tej zależności możliwe było wykluczenie pewnych początkowych ustawień wirników, które kolidowały z przewidywanymi wyrazami, jakie miały się znaleźć w tekście meldunku.

W uproszczeniu można powiedzieć, że bomba kryptologiczna symulowała działanie wielu maszyn szyfrujących Enigmy jednocześnie i sprawdzała możliwe prawidłowe rozwiązania. Służyła do znajdowania codziennie zmienianych kluczy szyfrujących, numerów wybranych wirników enigmy, kolejności jej bębenków, ustawienia początkowego oraz par liter na łącznicy kablowej. Rozszyfrowanie tych wszystkich skomplikowanych elementów pozwalało na późniejsze proste odczytanie wszystkich meldunków, jakie zostały przechwycone danego dnia. Pierwotna wersja maszyny została dostarczona do Bletchley Park 14 marca 1940 roku, jednak nie była wystarczająco szybka, aby sprostać deszyfracji klucza w odpowiednim czasie. Turing szybko jednak dokonał ulepszeń, i już 8 sierpnia tego samego roku Brytyjczycy byli w stanie skutecznie nasłuchiwać niemieckiej, tajnej komunikacji.

Fakt rozszyfrowania Enigmy trzymano w ścisłej tajemnicy, określonej stopniem ULTRA, który oznaczał najwyższy możliwy poziom tajności. Rola kryptologów z Bletchley Park, gdzie pracowano nad maszyną, była utrzymywania w ścisłej tajemnicy wiele lat po wojnie. Historia ta została ujawniona dopiero w latach siedemdziesiątych. Do dziś trwają spory historyków, o to, jak ważne było rozszyfrowanie Enigmy, szacunki mówią jednak, że mogło to skrócić wojnę o około dwa lata i stanowiło jeden z czynników, który zadecydował o zwycięstwie aliantów.