Koniec grudnia 1932: złamanie szyfru Enigmy

Pierwotna idea urządzenia szyfrującego wymagała dwóch elektrycznych maszyn do pisania, pomiędzy które wetknięto wirnik szyfrujący. Na pierwszej z maszyn pisano tekst komunikatu, który po zaszyfrowaniu przez wirnik był odbierany przez drugą maszynę i mógł zostać rozkodowany przez odbiorcę znającego ustawienia i klucze szyfrowe.

Najpopularniejsza wersja Enigmy, niemieckiej maszyny do szyfrowania używanej przez Wehrmacht i Luftwaffe, zawierała trzy wirniki; pod koniec II wojny światowej trafiały się nawet Enigmy ośmiowirnikowe. Ponadto Enigma zawierała łącznicę, walec wejściowy, który „mieszał” sygnały z klawiatury do wirników, a także reflektor, którego celem było wygodne przełączanie maszyny z trybu szyfrowania do deszyfracji. Łącznica, zainstalowana z przodu maszyny, przypominała staroświecką centralę telefoniczną; operator łączył wtyki parami.

Polski radiowywiad odnotował pierwsze sukcesy przed i w trakcie wojny 1920 roku, łamiąc względnie proste szyfry sowieckie. Doceniając znaczenie służb kryptologicznych powołano Biuro Szyfrów, ale z początku pracowali w nim głównie lingwiści, łamiący kody dzięki znajomości struktury języka. Dopiero pod koniec lat 20. do wywiadu trafili kapitan Maksymilian Ciężki i major Gwido Langer. Pierwszy został dowódcą Biura Szyfrów, drugi z czasem jego zastępcą. Dołączył do nich radiotechnik Antoni Palluth, skierowany do komórki zajmującej się szyframi niemieckimi. Jak pisze Marek Grajek w książce „Enigma. Bliżej prawdy”, ta trójka odegrała kluczową rolę przy złamaniu szyfru niemieckiej maszyny.

W latach 20. polski radionasłuch rutynowo śledził depesze sowieckie i niemieckie. W 1926 roku Niemcy wprowadzili Enigmy do łączności Kriegsmarine, czego Polacy nie odnotowali, skoncentrowani na wojskach lądowych. Dopiero dwa lata później zauważono nowy szyfr maszynowy, którego analizą zajął się zespół pod kierownictwem Ciężkiego. Szyfr wydawał się nie do złamania, radzono się w tej sprawie nawet jasnowidza Ossowieckiego, ale i on nic nie wskórał.

Wtedy Ciężki, który był zdania, że ratunku należy szukać u matematyków, doprowadził do zorganizowania kursu kryptologii dla wybitniejszych studentów matematyki Uniwersytetu Poznańskiego znających niemiecki. To właśnie z tego zaciągu pochodziło trzech młodych ludzi, którzy pod koniec lat 30. poradzili sobie z Enigmą: Marian Rejewski, Henryk Zygalski i Jerzy Różycki. Tylko ten ostatni nie pochodził z byłego zaboru pruskiego.

Polskiemu wywiadowi udało się zakupić komercyjną wersję Enigmy, o której wiedzieli, że po zmodyfikowaniu przekształciła się w odmianę wojskową. We wrześniu 1932 roku udało się złamać czteroliterowy ćwiczebny kod floty niemieckiej, bazując na domyślności i znajomości mentalności Niemców. „Kiedy urodził się Fryderyk Wielki?” „1712”, brzmiały depesze. Przez pół roku czytano potem, co niemiecka flota wysyła w eter. W październiku Ciężki namówił Rejewskiego, by po pracy, w osobnym pomieszczeniu, przyjrzał się zgromadzonym materiałom na temat Enigmy. Oprócz handlowej wersji maszynki było to trochę przechwyconych depesz i informacji wywiadu.

Rejewski zaczął od opracowania teoretycznego modelu maszyny szyfrującej: każdy element – wirniki, łącznicę, walec wejściowy – uznał za nieznaną permutację, a całą maszynę potraktował jako ich iloczyn. Następnie zauważył, że kod Enigmy jest cykliczny, tzn. kolejne litery w kolejnych depeszach przechodzą jedna w drugą, tworząc zamknięty cykl, np. A – E – S – G – A. Takich cykli w niemieckich depeszach znaleziono więcej. Wnikliwa analiza ruchu maszyny pozwoliła ustalić przekształcenia realizowane przez wirniki, a także okablowanie części Enigmy. „Rejewski dokonał rzeczy niewiarygodnej – dysponując jedynie fragmentaryczną znajomością konstrukcji maszyny oraz procedury szyfrowania, bez odtworzenia tekstu jawnego depeszy zdołał znaleźć klucz do szyfru” - pisze Grajek. W łamaniu niemieckich depesz wykorzystywano liczne błędy niemieckich szyfrantów, np. powtórzenia fraz i kluczy. Wszystko to jednak nie wystarczyło, by zaszyfrowane komunikaty niemieckie stały się jawne.

Z pomocą przyszli Francuzi, którzy mieli agenta po niemieckiej stronie, zatrudnionego w komórce kryptologicznej armii niemieckiej. Człowiek ten zaoferował na sprzedaż pakiet tajnych dokumentów: opis techniczny Enigmy wraz z instrukcją użytkowania. Jednakże Francuzi nie byli w stanie skorzystać z tego prezentu z powodu słabości własnego dekryptażu, przekazali więc materiały Anglikom. Ci wyrazili opinię, że dokumenty te są bez znaczenia – oni również nie widzieli sposobu wykorzystania ich. W tej sytuacji zaoferowano je Langerowi i Ciężkiemu. W kolejnych przesyłkach od agenta były klucze do szyfru, brakowało jednak wciąż sprawy najważniejszej: wiedzy o połączeniach między wirnikami. Na początku grudnia 1932 roku wszystkie te materiały łącznie z najnowszymi otrzymał na biurko Rejewski.

Cykliczna natura szyfru Enigmy oraz analiza przesuwania się wirników podczas pracy, wsparte matematyką z dziedziny teorii grup pozwoliły wyeliminować przekształcenia reflektora oraz drugiego i trzeciego wirnika. Klucze na wrzesień i październik 1932 roku obejmowały także ustawienia łącznicy. Nieznane pozostawało podłączenie przewodów w walcu wejściowym. Podstawienie do równań ustawień z maszyny handlowej prowadziło do sprzeczności; Rejewski założył więc porządek alfabetyczny i nagle jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki równania ujawniły okablowanie pierwszego wirnika. Postępując analogicznie z drugim wirnikiem Rejewski wyznaczył również jego okablowanie. Najważniejsza okazała się zatem część matematyczna. Jack Good, który po stronie angielskiej również usiłował złamać niemieckie szyfry, pomysł Rejewskiego o iloczynie permutacji w Enigmie nazwał „twierdzeniem, które wygrało drugą wojnę światową”.

Pomiędzy Bożym Narodzeniem 1932 roku a Nowym Rokiem Rejewski przez kilka dni dopracował ostatnie szczegóły i jeszcze przed końcem roku odczytał pierwszy niemiecki szyfrogram. Enigma stanęła otworem. Oto jak Marek Grajek ocenia skalę dokonania Rejewskiego: „teoretyczna liczba stanów Enigmy wynosiła w przybliżeniu 3 x 10114 [10 do potęgi 114 – olbrzymia liczba]. Ustalenie przez Rejewskiego szczegółów konstrukcji wirników pozwoliło na zredukowanie liczby możliwych kombinacji do 10 586 916 764 424 000. Rozdzielenie wpływu wirników szyfrujących i łącznicy na generowany szyfr zredukowało liczbę kombinacji klucza maszyny jeszcze 100 391 791 500 razy. Pozostała liczba 105 456 kombinacji (…) Rejewski zdołał zredukować rozmiar problemu 3 x 10103 razy! [10 do potęgi 103]”.

Po Nowym Roku 1933 roku Ciężki uwolnił Rejewskiego z izolatki i dołączył do reszty zespołu – roboty było dosyć dla wszystkich. Od 1934 roku odczytywanie depesz niemieckich stało się rutynowe, a Rejewski z zespołem zajęli się kwestią zautomatyzowania procesu deszyfracji. Pierwszym urządzeniem służącym do tego był cyklometr, stanowiący połączenie dwóch replik Enigmy, przy czym szybki wirnik w drugiej był przesunięty o trzy pozycje w stosunku do analogicznego wirnika w pierwszej. Wynikiem pracy cyklometru były trzy liczby, określające strukturę cykliczną dla trzech liter klucza i trzech dla pozycji startowej wirnika. Mimo wprowadzanych przez Niemców utrudnień (częstsza zmiana kolejności wirników, zmiany w łącznicy, wprowadzenie o użytku nowego reflektora) Polacy nadal łamali niemieckie depesze. Miarą sprawności Biura Szyfrów były ćwiczenia na początku roku 1938, kiedy to BS złamało 75 procent kryptogramów - wskaźnik, do którego nie zdołała się przybliżyć żadna inna służba kryptologiczna na świecie.

Następnym krokiem w automatyzacji procesu deszyfracji było stworzenie przez zespół Rejewskiego bomby kryptologicznej – nazwa pochodziła od odgłosu tykania, jaki wydawała prawdziwa bomba. Urządzenie Rejewskiego stanowiło odpowiednik sześciu replik Enigmy, połączonych parami i po włączeniu poszukiwało ustawienia wirników. Największą słabością bomby Rejewskiego było uzależnienie od powtórzenia przez nadawcę klucza depeszy, ale Niemcy permanentnie błąd ten popełniali. Z czasem Polacy dysponowali sześcioma takimi bombami.

Jednakże we wrześniu 1938 roku Niemcy zmienili sposoby używania Enigmy i większość metod analitycznych wypracowanych przez polski zespół stała się nieprzydatna. W grudniu wprowadzili do Enigmy pięć wirników, spośród których wybierali trzy używane danego dnia, w dodatku zmieniając ich kolejność. Była to zmiana jakościowa, gdyż trzy wirniki można ustawić na sześć wariantów, natomiast trzy wirniki spośród pięciu można wybrać na 60 sposobów. Już stworzenie sześciu bomb oznaczało wydatek bliski rocznemu budżetowi Biura Szyfrów; 60 bomb  oznaczało przekroczenie tego budżetu 15 razy. W tej sytuacji, wobec narastającej groźby wybuchu wojny, po polskiej stronie zapadła decyzja o przekazaniu Francuzom i Anglikom bez żadnych warunków wszystkich materiałów dotyczących sukcesów polskich w złamaniu szyfru Enigmy. Nastąpiło to w Warszawie dosłownie w ostatniej chwili, bo 25 lipca 1939 roku.

Wybuch wojny spowodował rychłą konieczność ewakuacji Biura Szyfrów i zamknięcie placówki w Pyrach pod Warszawą. W ostatniej chwili udało się wywieźć personel i materiały, a z budynków usunąć wszystko, co mogłoby naprowadzić Niemców na myśl, że ich Enigmy zostały złamane. Wiedza ta należała do kluczowych tajemnic II wojny światowej i wielokrotnie było blisko jej ujawnienia, ale za każdym razem aliantom sprzyjało szczęście. Ze sprzętu i materiałów polskich skorzystali Anglicy, podejmując prace nad ulepszonymi Enigmami w swoim ośrodku kryptologicznym w Bletchley Park pod Londynem. Przy tej pracy błysnął geniusz młodego matematyka Alana Turinga, który opracował nową generację bomb kryptologicznych. Z chwilą przystąpienia do wojny Stanów Zjednoczonych do akcji włączyły się służby kryptologiczne zza Atlantyku. Znamienne, że na początku zarówno Anglicy, jak i Amerykanie zdali sobie sprawę ze swego tragicznego zapóźnienia w tej dziedzinie, a polskie osiągnięcia pozwoliły zwłaszcza Anglikom owo zapóźnienie szybko nadrobić. Bez wskazania drogi przez Rejewskiego, Różyckiego i Zygalskiego trwałoby to o wiele dłużej.

Rozszyfrowanie niemieckiej Enigmy i czytanie niemieckich depesz wpłynęło decydująco na przebieg wojny. Historycy szacują, że bez znajomości niemieckich planów przez aliantów wojna trwałaby o trzy lata dłużej, co się przelicza na dodatkowe miliony ofiar.

Dalsze losy wojenne polskiej ekipy kryptologów nie przebiegały szczęśliwie. Wskutek niedocenienia przez polskie dowództwo w Londynie, jakim atutem dysponuje, Polacy zostali przydzieleni pod komendę francuską i w rezultacie znaleźli się na uboczu głównych zmagań kryptologicznych. Z trójki naszych bohaterów wojnę przeżyli tylko Rejewski i Zygalski. Ten drugi pozostał w Wielkiej Brytanii, ale z kryptologią nie miał już nic wspólnego. Rejewski wrócił do Polski i tu zmagał się z przeciwnościami losu, walcząc o utrzymanie przy życiu siebie i rodziny. Śledzony przez SB, zajmował podrzędne stanowiska w księgowości spółdzielczej, a jego zasługi przy Enigmie zostały zatuszowane i prawie zapomniane. Dopiero wydane w latach 70. wspomnienia francuskiego generała Bertranda przypomniały o zasługach Polaków, aczkolwiek doszło przy tym do licznych zafałszowań i prób poprawiania historii zarówno przez Francuzów, jak i przez Anglików – nikt nie lubi, gdy inni okazują się od niego lepsi i demaskują jego początkową nieudolność.

Marek Oramus

Źródło: MHP