Trikrát o Enigme: Čierna skrinka

Enigma vyzerá ako písací stroj s dvojitou klávesnicou. Na prvej sa píše správa. Po stlačení klávesu sa vnútri Enigmy uzavrie elektrický obvod, prejde ním prúd a rozsvieti sa žiarovka pod niektorým z písmen druhej klávesnice. To je písmeno zašifrovanej správy. Čo sa však deje medzi stlačením jedného písmena a rozsvietením druhého?

V predchádzajúcom článku série sme si ukázali, že Enigma je stroj, ktorý po zadaní krátkeho kódu a začatí písania generuje dlhý náhodne vyzerajúci kód. Pomocou neho šifruje text správy. Enigma pritom používa tri základné konštrukčné prvky: valce (v pôvodnej nemčine Walze, v angličtine wheels), prepájaciu dosku (nem. Steckerbrett, angl. plugboard) a reflektor (nem. Umkehrwalze, angl. reflector).

Rotujúce abecedy

Hlavný princíp šifrovania Enigmy spočíva vo valcoch. Každý z nich obsahuje inak poprehadzovanú abecedu, napríklad:

Ak teda 1. valec dostane písmeno A, odošle E, pri písmene B odošle K, pri C odošle M atď.

Keďže Enigma je elektrický stroj, zámena písmen vo valcoch je realizovaná drôtikmi spájajúcimi vstupné a výstupné písmená, kde vstup je v abecednom a výstup v poprehadzovanom poradí. Písmeno správy prechádza ako elektrický prúd z klávesnice cez valce. Ak je prvým písmenom správy A, 1. valec ho zmení na E, 2. valec zmení E na S a 3. valec zmení S na T.

Tri valce však vytvárajú iba jedno nové poprehadzovanie abecedy, ktoré by sa dalo prelomiť počítaním frekvencie písmen v texte. No valce sú preto valce, aby sa mohli otáčať. Po zadaní písmena sa 1. valec posunie o jednu pozíciu, takže jeho nastavenie bude KMFLGDQVZNTOWYHXUSPAIBRCJE.

Písmeno E sa posunulo zo začiatku na koniec. Ak je druhým písmenom opäť A, jeho cesta valcami bude: A → K → L → I.

Písmeno A sa už teda nezašifruje na T. Po zadaní druhého písmena sa 1. valec opäť otočí a zmení mapovanie písmen. Po 26 znakoch sa vráti do pôvodnej polohy a o jednu pozíciu sa posunie 2. valec. Celá Enigma s troma valcami sa do pôvodného nastavenia vráti po 26 × 26 × 26 znakoch.

Každý znak textu je preto zakódovaný iným usporiadaním abecedy a trik s početnosťami písmen už nepomôže. To isté písmeno sa mohlo na rôznych miestach správy zmeniť na rôzne písmená a rovnaké písmená v šifrovanej správe môžu zodpovedať iným písmenám pôvodného textu.

Počiatočné podmienky

Operátori Enigmy mali spočiatku k dispozícii päť valcov, z ktorých si pre každú správu vybrali tri. Počas vojny sa ich počet rozšíril a námorná verzia Enigmy používala naraz až štyri valce. Vybrané valce vložili do Enigmy a nastavili do začiatočnej polohy. Výber valcov a ich poradie boli pre každý kalendárny deň určené v pridelených manuáloch. Počiatočné natočenie valcov si operátori volili sami a pre každú správu bolo iné, odoslané na začiatku správy po zašifrovaní denným kľúčom z manuálov.

Ďalším prvkom prehadzujúcim písmená je prepájacia doska. Predstavuje stupeň medzi klávesnicou a valcami a umožňuje prepojiť 0 až 10 dvojíc písmen, ktoré hneď na vstupe vymení. Tým vytvorí nový vstup pre valce. Ak si klávesnicu predstavíme ako abecedu ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ a na prepájacej doske zvolíme dvojice A – B, D – Q, I – K, U – X, valce dostanú vstup v tvare BACQEFGHKJILMNOPDRSTXVWUYZ.

Možno si to predstaviť, akoby sme na klávesnici vybrali niektoré klávesy a navzájom ich vymenili. Na rozdiel od valcov sa prepájacia doska počas šifrovania nepohybuje, takže jej nastavenie zostáva počas celej správy rovnaké. Aj toto nastavenie bolo pre každý deň vopred určené v manuáloch.

Cesta písmena Enigmou

Posledným prvkom Enigmy je reflektor. Signál po prejdení tretím valcom totiž nejde priamo do žiarovkovej klávesnice. Namiesto toho sa odrazí na reflektore a opäť putuje valcami, tentoraz v opačnom poradí. Reflektor je vlastne ďalší valec s vlastným poprehadzovaním abecedy, počas šifrovania sa však neotáča. Nech má napríklad konfiguráciu: EJMZALYXVBWFCRQUONTSPIKHGD. Ak teda z 3. valca dostane písmeno A, vždy vráti E. Všimnime si, že reflektor je symetrický, ak dostane A, odošle E, ak dostane E, vráti A.

Celá cesta písmena Enigmou vyzerá takto: klávesnica → prepájacia doska → 1. valec → 2. valec → 3. valec → reflektor → 3. valec → 2. valec → 1. valec → žiarovková klávesnica.

Mohlo by sa zdať, že bezpečnosť Enigmy je skrytá v tajnom poradí písmen vo valcoch a v reflektore. Keby ich niekto získal, mohol by si doma zostrojiť vlastnú Enigmu a správy deši­frovať. Tak to však nie je. Jej bezpečnosť vyplýva zo pseudonáhodného generovania kľúča a najmä z veľkého množstva počiatočných konfigurácií daných výberom, poradím a počiatočným nastavením valcov, ako aj zapojením prepájacej dosky. V Enigme s výberom troch valcov z piatich a desiatimi prepojeniami za klávesnicou je počet možností: 60 (výber a poradie valcov) × 17 576 (= 26 × 26 × 26 počiatočných nastavení valcov) × 150 738 274 937 250 (nastavenia prepájacej dosky) ≈ 1020. Toto obrovské číslo predstavuje celkový počet možných kľúčov. V prípade Enigmy totiž kľúčom nie je slovo, ale konkrétne nastavenie stroja.

 

Štrbina v bezpečnosti

Enigma spĺňala tzv. Kerckhoffsov princíp, podľa ktorého má byť šifra bezpečná aj vtedy, keď je známy celý jej princíp fungovania okrem kľúča. Práve na tom bolo jej používanie založené, pretože detaily mechanizmu dlho neutajili. Prvé valce získali ešte pred vojnou Francúzi od špióna Hansa-Thila Schmidta a následne ich odovzdali Poľsku, kde sa začali práce na prelomení Enigmy. Počas vojny sa Briti snažili získať aj novo zavedené valce. Jedným z aktérov týchto akcií bol aj Ian Fleming, ktorý neskôr skúsenosti zo svojej špiónskej kariéry zúročil pri písaní príbehov o Jamesovi Bondovi.

V predchádzajúcom diele sme Enigmu označili za symetrickú šifru, ktorá na zašifrovanie aj deši­frovanie používa rovnaké nastavenie. Vďaka tomu nebolo potrebné vytvárať mechanizmus prepínajúci medzi oboma režimami. Túto symetriu zabezpečuje reflektor. Práve ten však popri zjednodušení práce vytvoril aj slabinu, ktorú sa podarilo kryptoanalytikom využiť. O tom už nabudúce.*

Autor článku: Lukáš Konečný
Prírodovedecká fakulta
Univerzita Komenského v Bratislave
Viac podobných článkov nájdete na vedator.space. Vedátora môžete sledovať aj prostredníctvom bezplatnej mobilnej aplikácie.
Fungovanie strojov najlepšie pochopíme, keď si ich môžeme sami vyskúšať. Našťastie nemusíte zháňať Enigmu v starožitníctve, pretože na internete je k dispozícii viacero simulátorov.

---

Súťažná otázka

Ak nám do 31. augusta 2026 pošlete správnu odpoveď na otázku:

Ktorý spisovateľ sa počas vojny podieľal na získavaní materiálov o Enigme a neskôr vytvoril postavu Jamesa Bonda?

zaradíme vás do žrebovania o vstupenku do STM – Múzea dopravy v Bratislave, kde do 31. októbra 2026 prebieha výstava ENIGMA. Tajný svet šifier. Svoje odpovede posielajte na adresu redakcie: odpovednik@quark.sk alebo Quark, Lamačská cesta 8A, 811 04 Bratislava.