Enigma-masin: Saksa krüptomasin ja II maailmasõja koodimurdmine
Enigma-masin: loo, tehnika ja Poola–Bletchley Parki koodimurdjate panus, Ultra saladused ning Enigma roll II maailmasõja koodimurdmises.
Enigma masina lõi Saksamaa jaoks Arthur Scherbius I maailmasõja ajal. See on šifreerimismasin: viis, kuidas muuta sõnumi tähti nii, et see näib olevat šifreeritud tähed (või juhuslikud tähed).
Kuigi Enigma algupäraselt pandi turule ärikasutuseks, võttis selle peagi üle ka sõjavägi ja politsei. Masin töötas elektromehaaniliselt: klahvilöögiga suunati vool läbi plugiplaadi (steckerbrett), seejärel läbi järjestikku paigutatud rootorite (rotorite) ja lõpuks tagasi läbi peegeldaja (reflector). Tulemusena asendati iga sisestatud täht mõne teise tähega. Oluline omadus oli see, et peegeldaja tagas krüpteerimise sümmeetria — sama seadistus krüpteeris ja dekrüpteeris — ning see tingis ka selle, et ükski täht ei võinud endaks krüpteeruda. Just sellised mehhanismid mõjutasid nii masina tugevust kui krüptoanalüüsi võimalusi.
Kuidas Enigma tehniliselt töötas
Iga klahvivajutusega tekitas masin vooluringi, mis läbis mitu asendivahetust:
- Steckerbrett (plugiplaat) — võimaldas paaritähete vahetusi enne ja pärast rootoritest läbimist, mis suurendas kombinatsioonide arvu märgatavalt.
- Rootorid — vahetasid ühendusi igal klahvivajutusel, sest parempoolne rootor pöörles iga vajutusega ja vahesammudel liikusid ka keskmine/vasakpoolne rootor. Selle liikumise keerukus, kaasa arvatud nn kaheastmeline pöördenurk (double-stepping), tekitas pika võtmedünaamika.
- Peegeldaja — suunas signaali tagasi ja tagas krüpteerimise sümmeetria; peegeldaja tõttu ei saanud ükski täht endale vastata.
Sõjaväe- ja laevastikumasinatel olid erinevad rootorite komplektid ning plugiplaadi ühenduste arv võis varieeruda. Standardne Wehrmachti versioon kasutas kolme rootorit, millest valiti kolm mitmest võimalikust; hiljem, meresõjas, kasutusele tulid keerukamad mudelid, mis lisasid näiteks neljanda rootori U‑paatide jaoks, muutes krüptograafilise töö veel raskemaks.
Poola läbimurre ja varajane krüptoanalüüs
Enigma-süsteemi murdmises oli suuri läbimurdeid juba enne II maailmasõda. Poola sissetungi ajal (1939) töötasid matemaatikud ja krüptoloogid Marian Rejewski, Jerzy Różycki ja Henryk Zygalski Biuro Szyfrówis, kes alates 1932. aastast tõestasid, et Enigma signatuurid on matemaatiliselt haavatavad. Nad kasutasid permutatsiooniteooriat ja arendasid selliseid abivahendeid nagu bomba kryptologiczna (nn bomba), samuti Zygalski lehed, mis kiirendasid võtmete leidmist.
Poola meeskond ehitas ka mehaanilisi seadmeid Enigma‑koodide murdmiseks. Kui sakslased muutsid 1938. aastal tööprotseduure ja lisasid keerukust, muutus dekrüpteerimine raskemaks, kuid poolakad jõudsid siiski oluliste tulemusteni ning jagasid oma teadmisi liitlastega sõja eel.
Koostöö Prantsuse ja Briti luurega
25. juulil 1939 näitasid poolakad Varssavis Prantsuse ja Briti luureagentidele oma Enigma krüptoanalüüsi ja lubasid mõlemale delegatsioonile Poola ehitatud Enigmat. See demonstratsioon oli otsustava tähtsusega algus hilisemale Briti töösse Bletchley Parkis — Poola poola teadmised ja masinad andsid brittidele hüppelaua edasiseks arenduseks.
"Hut 6 Ultra poleks kunagi käivitunud, kui me poleks poolakatelt õigeaegselt teada saanud nii kommertsliku Enigma masina Saksa sõjalise versiooni üksikasju kui ka kasutatavaid tööprotseduure." Gordon Welchman, The Hut Six Story, 1982, lk 289.
Briti arengud: Turing, Welchman ja Bombe
Suurbritannias arendasid Alan Turing, Gordon Welchman ja nende kolleegid Bletchley Parkis edasi ideid ja masinaid, mis põhinesid poolakate töödel, kuid olid samas uues vormis ja suuremas mahus. Turing formuleeris teoreetilisi meetodeid ning aitas luua elektromehaanilisi "bombesid" — masinad, mis automatiseerisid võimalikest võtmekombinatsioonidest katsetamist ja seega kiirendasid krüptode murdmist. Hut 6 ja Hut 8 olid Bletchley Parki osakonnad, kus lahendati vastavalt maaväe/õhujõudude ja mereväe Enigma‑ga seotud sõnumeid; Alan Turing töötas peamiselt laevastiku (Hut 8) probleemidega.
Olulised tabamused ja operaatorite vead
Saksa operaatorite korduvad rutiinid ja vead (nt samade fraaside kasutamine, algsõnade kordamine, ebaõige tööprotseduuride järgimine) ning võõrmeilmete tekkimine logide ja raportite koostamisel lihtsustasid krüptoanalüütikute tööd. Lisaks said liitlased mõnikord kätte ka füüsilisi tõendeid: üheks oluliseks juhtumiks oli saksa allveelaeva haaramine (näiteks U‑110 1941. aastal), mille käigus konfiskeeriti Enigma masin ja võtmeruumide käsiraamatud; hiljem tõid sarnased juhtumid (nt U‑559 1942) juurde veel võtmematerjale. Need juhud kiirendasid dekrüpteerimise võimet mereväe suhtes.
Ultra ja sõja mõju
Britid nimetasid sõnumitest saadud dekrüpteeritud teavet "Ultra"-ks. Ultra andis liitlastele teada saksa operatsioonidest, laevastiku liikumistest, õhurünnakute sihtidest ja muust taktikalistest- ja strateegilistest andmetest. Ultra infot hoidsid liitlased äärmise salajasuse all, sest selle äratundmine oleks sakslastele näidanud, et Enigma kood on murdunud. Ultra informatsioon aitas planeerida ja mõjutada lahinguid ning varustusahelaid ning oli sõjaajalooliselt üks peamisi intelligence'i edulugusid.
Krüptoanalüüsi pärand
Enigma murdmine on näide teaduslikust ja tehnilisest koostööst, kus matemaatika, inseneritöö ja luureinfo kokkuvõtmine saavutas suuri tulemusi. Poola algne töö, Briti arvutitehnilised ja teoreetilised täiustused ning operatiivsed saavutused Bletchley Parkis näitavad, kuidas eri valdkondade teadmised võivad mõjutada laiaulatuslikke sündmusi.
Saksa operaatorite eksimused aitasid Luftwaffe mõistatuste krüptoanalüüsi ning Briti võtmetabelite ja ühe Saksa allveelaevalt saadud masina hõivamine aitas mereväe omaduste murdmisel.
15. juulil 2011 külastas kuninganna Elizabeth II Bletchley Parki, kus masinat hoitakse muuseumis, et avaldada austust neile, kes seal töötasid, sest nad katkestasid sõja, murdes natsi-Saksamaa koodid.
Sõjaline Enigma masin
Kolm rootoriga mõistatusmasinat
Küsimused ja vastused
K: Mis on Enigma masin?
V: Enigma masin on šifreerimismasin, mille lõi Saksamaa jaoks Arthur Scherbius I maailmasõja ajal. See on viis, kuidas muuta sõnumi tähti nii, et see näib olevat šifreeritud tähtedega (või, juhuslikud tähed). Iga kord, kui täht sisestatakse, ilmub see teise tähestiku tähe kujul ja valik ei ole juhuslik, vaid seda otsustab rida pöörureid, mis iga päev seadistatakse erinevasse algseadistusse.
K: Kes murdis esimesena Enigma masina abil tehtud Saksa sõjaväesõnumeid?
V: Poola šifribüroo oli esimene, kes murdis 1932. aasta detsembrist alates Enigma masinaga tehtud Saksa sõjalisi sõnumeid.
K: Kuidas lahendasid Briti koodimurdjad tohutul hulgal Enigma sõnumeid?
V: Briti koodimurdjad lahendasid suure hulga Enigma sõnumeid, tehes tehnilisi täiustusi ja andes sõjaväelastele selgete tekstide teavet. Seda nimetasid britid "Ultra" ja see oli liitlaste sõjapingutustele väga kasulik.
K: Milliseid vigu tegid Saksa operaatorid, mis aitasid Luftwaffe Enigma krüptoanalüüsi?
V: Saksa operaatorite poolt tehtud vead aitasid Luftwaffe mõistatuste krüptoanalüüsi.
K: Kuidas aitasid britid Saksa allveelaevade võtmetabelite ja -masinate vallutamisel mereväe omaduste murdmist?
V: Saksa allveelaevadelt saadud võtmetabelite ja masinate hõivamine Suurbritannialt aitas mereväe salakirjade murdmisel, sest need andsid lisateavet nende süsteemide toimimise kohta.
K: Millal külastas kuninganna Elizabeth II Bletchley Parki?
V: Kuninganna Elizabeth II külastas Bletchley Parki 15. juulil 2011, et avaldada austust neile, kes seal töötasid, sest nad katkestasid sõja, murdes natsi-Saksamaa koodid.
Otsige