На початку XX століття німецький інженер Артур Шербіус створив машину, яка отримала назву «Енігма». Протягом наступних десятиліть вона стала головною шифрувальною машиною німецьких військових. Але що ж робило її такою особливою?
Уявімо, що ви хочете зашифрувати слово АТОМ. Ви натискаєте клавішу А. Замість неї загоряється, наприклад, Т. Потім натискаєте Т — машина показує М. Натискаєте О — отримуєте К. Так, літера за літерою, звичайний текст перетворюється на незрозумілий набір символів.
Але звідки машина знає, яку літеру показати?
Як “Енігма” шифрувала текст
Усередині «Енігми» не було жодного словника, жодної пам’яті й жодного готового списку замін. Вона щоразу виконувала нове перетворення за допомогою електричного струму та спеціальних механізмів.
Найважливішою деталлю машини були ротори — круглі диски з великою кількістю внутрішніх електричних з’єднань. Їх можна уявити як дуже складний лабіринт. Коли електричний струм проходив через цей лабіринт, він щоразу знаходив інший вихід. Саме тому натиснута літера перетворювалася на зовсім іншу.
У машині працювали одразу три такі ротори. Перший змінював маршрут електричного сигналу. Другий ще раз його заплутував. Третій робив маршрут ще складнішим. Потім сигнал відбивався від спеціальної деталі — рефлектора — і проходив той самий шлях у зворотному напрямку. Зрештою на панелі засвічувалася вже зовсім інша літера.
Але найгеніальніша ідея полягала навіть не в цьому.
Щойно оператор натискав будь-яку клавішу, перший ротор одразу повертався лише на один зубець. Здавалося б, дрібниця. Насправді ж через цей маленький поворот повністю змінювався маршрут електричного струму.
Уявіть величезний лабіринт, у якому після кожної вашої спроби трохи змінюється розташування коридорів. Ви заходите через ті самі двері, але щоразу опиняєтеся в зовсім іншому місці. Саме так працювала «Енігма».
Тому якщо двічі поспіль натиснути одну й ту саму літеру, наприклад А, машина майже ніколи не покаже однаковий результат. Першого разу це може бути Т, другого — К, третього — М. Саме це кардинально відрізняло «Енігму» від старих шифрів, де кожній літері завжди відповідала одна й та сама заміна.
І це ще не все.
Енігма і одометр
Коли перший ротор завершував повний оберт, він пересував другий ротор на один зубець. А коли другий завершував свій цикл, він пересував третій. Це працювало майже так само, як механічний одометр автомобіля, де після повного оберту останньої цифри починає рухатися наступна.
Ключ дня
Крім того, перед початком кожного дня оператори вибирали порядок роторів і встановлювали їх у певне початкове положення. Потім налаштовували кільця з літерами та з’єднували окремі пари літер спеціальними кабелями на комутаційній панелі.
Усі ці налаштування разом називали ключем дня. Опівночі його змінювали, і вся система починала працювати вже за новими правилами. Тому навіть якщо повідомлення починалося тим самим словом, наступного дня воно шифрувалося вже зовсім інакше.
У результаті одна й та сама літера майже ніколи не шифрувалася однаково, а кількість можливих налаштувань машини була настільки величезною, що для більшості математиків того часу здавалося неможливим навіть уявити, як можна перебрати всі варіанти.
Саме тому шифрування, виконане Енігмою, вважали таким, що не можна розшифрувати.
І все ж машина мала одну маленьку, але дуже важливу особливість. Вона здавалася зовсім незначною, але саме з неї почався шлях до зламу системи, яку весь світ вважав непереможною.