Po první světové válce pokračovali britští kryptoanalytici v Kanceláři č. 40 v luštění německých komunikací. Roku 1926 začali zachycovat depeše, jež je zcela zmátly.
To začala pracovat Enigma. Jak počet těchto přístrojů rostl, schopnost
Kanceláře č. 40 získávat informace rapidně poklesla. Američané a Francouzi se
také snažili bojovat s novou šifrou, ale jejich snaha byla marná, a tak se brzy
vzdali naděje. Německo nyní mělo nejbezpečnější komunikace na
světě.
Rychlost, s níž se spojenečtí kryptoanalytici vzdali
naděje na prolomení šifry Enigmy, ostře kontrastovala s jejich vytrvalostí v
době první světové války. Tváří v tvář představě porážky pracovali tehdy dnem i
nocí, aby německé šifry rozluštili. Zdá se, že obavy byly hlavní hnací silou
jejich práce a že tíseň patří ke klíčovým faktorům úspěšné kryptoanalýzy. Stejně
tak poháněly obavy a tíseň francouzské kryptoanalytiky, když na konci 19.
století čelili vzrůstající moci Německa. Po první světové válce se však Spojenci
nebáli nikoho. Německo bylo porážkou ochromeno, Spojenci byli v dominantní
pozici, a proto jejich kryptoanalytické nasazení ochablo. Na straně Spojenců
poklesl počet kryptoanalytiků i jejich kvalita.
Existoval
však jeden stát, jenž si nemohl dovolit odpočívat na vavřínech: Polsko. Po první
světové válce obnovili Poláci svou nezávislost, obávali se však všeho, co ji
mohlo ohrozit. Východně od nich se rozkládalo Rusko, dychtivé šířit svůj
komunismus, na západ od Polska leželo Německo, odhodlané získat nazpět území,
jež muselo Polsku po válce postoupit. Země vtisknutá mezi dva nepřátele nutně
potřebovala rozvědku a její informace. Poláci založili nové šifrové oddělení,
které nazvali Biuro Szyfrow. Jestliže někdy platí, že nutnost je matkou invence,
pak je rovněž možné, že ohrožení je matkou kryptoanalýzy. Příkladem dovednosti
Biura Szyfrow je úspěch tohoto oddělení během rusko-polské války v letech
1919-1920. Jen v samotném srpnu 1920, když sovětská vojska stála před Varšavou,
dešifrovalo Biuro 400 nepřátelských depeší. Stejně úspěšně monitorovali Poláci i
německé komunikace – až do roku 1926, kdy také narazili na
Enigmu.
Za dešifrování německých komunikací odpovídal
kapitán Maksymilian Ciezki, oddaný vlastenec původem z města Szamotuły, centra
polského nacionalismu. Ciezki měl k dispozici komerční verzi Enigmy, z níž byly
patrné všechny principy Scherbiova vynálezu. Komerční verze se však bohužel od
vojenské varianty výrazně lišila co do vnitřního zapojení scramblerů. Bez
znalosti zapojení vojenské verze neměl Ciezki naději dešifrovat zprávy německé
armády. Byl z toho tak zoufalý, že dokonce najal jasnovidce v urputné snaze
vydobýt ze zašifrovaných zpráv nějaký význam. Není žádným překvapením, že to
nepomohlo – jasnovidec nedosáhl takového průlomu, jaký Biuro Szyfrow
potřebovalo. S prvními kroky směřujícími k prolomení Enigmy překvapivě pomohl
neloajální Němec Hans-Thilo Schmidt.
Narodil se v Berlíně
roku 1888 jako druhý syn váženého profesora a jeho aristokratické manželky.
Schmidt se rozhodl pro armádní kariéru a bojoval v první světové válce. Nebyl
však shledán dost užitečným, aby mohl v armádě zůstat i po drastickém snížení
stavů, k němuž došlo v důsledku versaillské smlouvy. Pokusil se tedy prosadit se
jako podnikatel, ale svou továrnu na mýdlo musel zavřít kvůli poválečné depresi
a hyperinflaci. Schmidt se ocitl i se svou rodinou bez
prostředků.
Zatímco byl Hans-Thilo Schmidt takto pokořen,
jeho starší bratr Rudolf slavil úspěchy. Rudolf rovněž bojoval ve válce a zůstal
v armádě i po jejím konci. Ve 20. letech prošel sérií povýšení a nakonec se stal
náčelníkem štábu spojovacích jednotek. Odpovídal za bezpečnost a utajení
komunikací a byl to právě on, kdo schválil nasazení přístrojů
Enigma.
Po krachu svého podnikání musel Hans-Thilo
požádat bratra o pomoc. Rudolf mu opatřil práci v berlínské Chiffrierstelle –
úřadu, jenž odpovídal za správu německých šifrovaných komunikací. Šlo o
velitelské centrum sítě přístrojů Enigma, o přísně tajné zařízení pracující s
vysoce citlivými informacemi. Když se Hans-Thilo přestěhoval do Berlína,
zanechal svou rodinu v Bavorsku, kde byly nižší životní náklady. Žil sám v
nákladném Berlíně, zbídačelý a osamělý, plný závisti vůči úspěšnému bratrovi a
zášti k zemi, která odmítla jeho služby. Výsledek byl nevyhnutelný. Prodat tajné
informace o Enigmě cizí zemi znamenalo vydělat peníze a zároveň se pomstít,
poškodit bezpečnost Německa a podlomit organizaci řízenou vlastním
bratrem.
8. listopadu 1931 se Schmidt dostavil do hotelu
Grand v belgickém Verviers na schůzku s francouzským tajným agentem, jehož krycí
jméno znělo Rex. Za odměnu 10 000 marek (asi 20 000 liber v dnešních cenách)
umožnil Schmidt Rexovi ofotografovat dva dokumenty: Gebrauchsanweisung für die
Chiffriermaschine Enigma a Schlüsselanleitung für die Chiffriermaschine Enigma.
Šlo o návody k použití Enigmy, a přestože neobsahovaly žádné výslovné údaje o
vnitřním zapojení scramblerů, dalo se z jejich informací toto zapojení
odvodit.
Kvůli Schmidtově zradě mohli nyní Spojenci
sestrojit přesnou repliku německé vojenské Enigmy. To však k dešifrování zpráv
nestačilo. Síla šifry nespočívá v utajení přístroje, ale v utajení jeho
počátečního nastavení. Chce-li kryptoanalytik dešifrovat zachycenou zprávu, musí
nejprve zjistit, který z milionů miliard klíčů použít. Německé memorandum to
shrnulo slovy: „Při posuzování bezpečnosti šifrovacího systému vycházíme z
předpokladu, že nepřítel má přístroj k dispozici.“
Francouzská tajná služba byla v dobré výchozí pozici, protože měla
Schmidta jako informátora a disponovala dokumenty, z nichž vyplývalo vnitřní
zapojení vojenské Enigmy. Francouzští kryptoanalytici však nebyli na patřičné
úrovni. Zdálo se, že nechtějí a nedovedou využít nově získaných poznatků. Po
první světové válce trpěli přehnanou sebedůvěrou a ztrátou motivace. Francouzské
Bureau du chiffre se dokonce ani nenamáhalo postavit repliku vojenské Enigmy,
neboť bylo přesvědčeno, že další krok, tedy nalezení klíče nezbytného k
dešifrování konkrétní zprávy, je tak jako tak nemožný.
O
deset let dříve podepsali Francouzi smlouvu o vojenské spolupráci s Polskem.
Poláci vyjádřili zájem o vše, co souviselo s Enigmou, takže v souladu s deset
let starou smlouvou Francouzi prostě předali fotokopie Schmidtových dokumentů
svým spojencům a přehodili beznadějný úkol rozluštit Enigmu na Biuro Szyfrow.
Jeho specialisté pochopili, že dokumenty představují jen začátek, na rozdíl od
Francouzů je však poháněl strach z německé invaze. Poláci přesvědčili sami sebe,
že k nalezení klíče pro Enigmu určitě nějaká cesta vede. Byli si jisti, že ji
najdou, věnují-li úkolu dost úsilí, vynalézavosti a duševních kapacit.
Ze Schmidtových dokumentů vyplývalo nejen vnitřní
zapojení scramblerů, ale listiny obsahovaly také detailní popis, jak vypadají
německé kódové knihy. Operátoři Enigmy obdrželi každý měsíc novou kódovou knihu,
která udávala klíč pro konkrétní den. Pro první den měsíce mohla kódová kniha
specifikovat například následující denní klíč:
(1)
Nastavení propojovací desky: A/L-P/R-T/D-B/W-K/F-O/Y
(2)
Uspořádání scramblerů: 2-3-1
(3) Orientace scramblerů:
Q-C-W
Uspořádání a orientace scramblerů se dohromady
nazývají nastavení scramblerů. Aby operátor Enigmy nastavil tento denní klíč,
postupoval tímto způsobem:
(1) Nastavení propojovací
desky: Prohoďte písmena A a L tím, že je spojíte na propojovací desce kabelem,
pak stejným způsobem prohoďte P a R, T a D, B a W, K a F, O a Y.
(2 ) Uspořádání scramblerů: Umístěte druhý scrambler do první pozice ve
stroji, třetí scrambler do druhé pozice a konečně první scrambler do třetí
pozice.
(3) Orientace scramblerů: Na vnějším okraji
každého scrambleru je vyryta abeceda, což vám umožní nastavit požadovanou
orientaci scrambleru. V tomto případě otáčejte prvním scramblerem tak dlouho, až
je orientován písmenem Q nahoru, pak otáčejte druhým, až je nahoře písmeno C, a
nakonec třetím scramblerem, až je nahoře W.
Jednou z
metod šifrového provozu je šifrovat všechny zprávy odeslané daného dne
příslušným denním klíčem. To znamená, že po celý den nastavují na začátku každé
zprávy všichni operátoři svou Enigmu podle téhož klíče. Kdykoli se pak má
odeslat zpráva, je třeba ji napřed přepsat do Enigmy, přitom zaznamenat šifrový
text a ten nakonec odevzdat radistovi k odvysílání. Radista na straně příjemce
zaznamená příchozí zprávu, předá ji operátorovi Enigmy, který ji zapíše do
přístroje nastaveného na stejný denní klíč a přečte původní
zprávu.
Takový postup je přiměřeně bezpečný, oslabuje jej
však to, že se denně šifrují stovky zpráv týmž denním klíčem. Obecně lze říci,
že pokud se pro větší množství materiálu použije stejný klíč, usnadní se tím
práce nepřátelským kryptoanalytikům. Když se vrátíme například k
monoalfabetickým šifrám, je zřejmé, že z několika stran textu lze sestavit
frekvenční analýzu snáze než z pouhých několika vět.
Němci proto jako chytré dodatečné opatření zavedli pravidlo, že denním
klíčem se šifruje takzvaný klíč zprávy. Ten má stejné zapojení propojovací desky
a stejné uspořádání scramblerů jako denní klíč, liší se však od něj orientací
scramblerů. Nová orientace scramblerů není v kódové knize, takže je nezbytné,
aby ji odesilatel zaslal příjemci bezpečnou cestou. Němci proto postupovali
následovně: odesilatel nejprve nastaví svůj přístroj podle denního klíče, jehož
součástí je orientace scramblerů – řekněme QCW. Poté náhodně vybere novou
orientaci scramblerů pro denní klíč, řekněme PGH. Poté zašifruje PGH podle
denního klíče. Klíč zprávy se do Enigmy zapíše dvakrát, aby se vyloučil překlep
či jiná chyba. Odesilatel tedy zašifruje PGHPGH například jako KIVBJE.
Povšimněte si, že PGH se pokaždé zašifruje jinak (jednou jako KIV, podruhé jako
BJE), protože scramblery se otáčejí a mění tím režim šifrování. Odesilatel pak
změní nastavení scramblerů na PGH a zašifruje vlastní zprávu podle tohoto klíče
zprávy. Na straně příjemce je Enigma nastavena na denní klíč, tedy QCW. Příjemce
zapíše prvních šest písmen zprávy a čte PGHPGH. Nastaví tedy své scramblery na
PGH a dešifruje vlastní text zprávy.
V podstatě jde o to,
že se odesilatel a příjemce dohodnou na hlavním klíči, který však neužívají pro
šifrování zpráv, ale jen pro šifrování unikátního klíče každé zprávy. Kdyby
Němci tento systém nepoužívali, pak by se celý denní provoz – patrně tisíce
zpráv obsahujících miliony písmen – šifrovaly týmž klíčem. Pokud se však denní
klíč používá jen k přenosu klíčů zpráv, pak se jím šifruje jen malé množství
textu. Při 1 000 zprávách denně to je pouhých 6 000 písmen. A protože klíč
zprávy se vybírá náhodně a šifruje se jím jen jedna zpráva, používá se také k
zašifrování malého množství textu – zpravidla několika stovek
znaků.
Na první pohled vypadá takový systém
neproniknutelně, ale polští kryptoanalytici se nedali zastrašit. Byli připraveni
prozkoumat každou cestičku, aby našli slabinu Enigmy a nedostatky systému, který
využívá denní klíč spolu s klíčem zprávy. V čele boje s Enigmou stáli
kryptoanalytici nového typu. Po staletí se mělo za to, že nejlepšími
kryptoanalytiky jsou odborníci na strukturu jazyka, Enigma však přinutila
Poláky, aby přehodnotili svou personální politiku. Jelikož se jednalo o
mechanickou šifru, Biuro Szyfrow došlo k názoru, že lepší šanci by mohly mít
vědecky orientované mozky. Biuro uspořádalo kurs kryptografie, na nějž pozvalo
dvacet matematiků, kteří napřed museli odpřísáhnout mlčenlivost. Všichni byli z
poznaňské univerzity. Přestože to nebyla nejuznávanější akademická instituce v
zemi, měla jinou výhodu. Ležela na západě země, v oblasti, jež do roku 1918
patřila Německu. Všichni zúčastnění matematici hovořili plynně
německy.
Tři kursisté z dvaceti prokázali talent luštit
šifry a Biuro je zaměstnalo. Nejnadanějším matematikem byl Marian Rejewski,
plachý třiadvacetiletý mladík s brýlemi, který studoval statistiku a chtěl
pracovat v pojišťovnictví. Na univerzitě měl dobré výsledky, ale teprve Biuro
Szyfrow se pro něj stalo tím pravým působištěm. Během zácviku nejprve rozluštil
řadu tradičních šifer a teprve poté se zaměřil na nezměrnou výzvu, již
představovala Enigma. Pracoval zcela sám a veškerou svou energii soustředil na
záludnosti Scherbiova stroje. Pokoušel se analyzovat z matematického hlediska
všechny aspekty činnosti Enigmy, testovat účinky scramblerů a propojovací desky.
Jeho práce však kromě logiky vyžadovala také inspiraci, jak je to nezbytné v
celé matematice. Jiný válečný kryptoanalytik to vyjádřil slovy, že pro tvořivé
luštění šifer je třeba „denně obcovat se zlými duchy, aby člověk dokázal podat
výkon v duchovním jiu-jitsu“.
V nakladatelství
Dokořán právě vychází extrémně zajímavý text, Kniha kódů a šifer. Autorem je
Simon Singh, od něhož česky už vyšla Velká Fermatova věta. Nakladatel byl tak
laskav, že čtenářům Humpoláka nabízí v elektronické podobě k přečtení některé
kapitoly.
Zdroj: Simon Singh, Kniha kódů a šifer,
Dokořán, Praha, 2003, http://www.dokoran.cz
