Enigma (salauslaite)

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Enigma

Enigma oli saksalaisten toisen maailmansodan aikana käyttämä sähkömekaaninen salauslaite, jonka toiminta perustui pyöriviin salauskiekkoihin. Tarkkaan ottaen kyse on kokonaisesta salauslaitteiden perheestä, sillä ajan myötä laitteesta kehitettiin useita eri malleja. Enigman keksijä Arthur Scherbius sai ensimmäisen Enigmaan liittyvän patenttinsa 1918.[1]

Enigma oli kaupallisessa käytössä 1920-luvun alusta alkaen, ja sitä myytiin jopa ulkomaille asti. Saksan sotilasmalli (Wehrmachtin ja erityisesti laivaston Enigma) on näistä malleista kuuluisin. Saksan asevoimat ottivat koneen käyttöön seuraavasti: merivoimat 1926, maavoimat 1929 ja ilmavoimat 1933.[2] Myös monet muut hallinnonalat kuten SS, poliisi ja rautatiet[3] käyttivät Enigmaa.

Helppokäyttöisyys ja salauksen oletettu vahvuus olivat tärkeimmät syyt laajaan käyttöön. Myös saksalaisten tarve lyödä mahdollinen vastustaja nopeasti pienellä 100 000 miehen armeijalla korosti ajan voittamisen tärkeyttä (salauksen automatisointi) ja liikkeen mahdollistavaa sodankäyntiä (radioiden käyttö).

Salaus kuitenkin murrettiin ja tämä lyhensi, ainakin teoriassa, toisen maailmansodan kestoa arvioiden mukaan ainakin vuodella. Tätä lähinnä brittien työtä kutsuttiin nimellä operaatio Ultra. Britit eivät paljastaneet tätä ennen kuin 1960–1970-luvuilla.

Suomessa on Enigma-laite nähtävissä viestimuseossa Riihimäellä[4].

Enigman rakenne[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Enigma-laitteen salauskiekkoja

Enigma on sähköisten ja mekaanisten osien muodostama kokonaisuus. Mekaaninen osio koostuu näppäimistöstä, pyörivistä salauskiekoista sekä mekanismista, joka pyörittää kiekkoja jokaisen näppäimenpainalluksen yhteydessä. Kiekkojen jatkuva pyöriminen saa aikaan uuden koodauksen jokaista näppäimenpainallusta kohden.[5]

Varsinainen salaus tapahtuu sähköisesti. Mekaaniset osat muodostavat jatkuvasti muuttuvan sähköisen virtapiirin. Kun näppäintä painetaan, virtapiiri sulkeutuu ja lopulta yksi lampuista syttyy, jolloin nähdään mikä kirjain vastaa alkuperäistä tekstiä.[5]

Itse viestittäminen tapahtui kuitenkin perinteisesti sähköttämällä morse-koodilla joko lennättimen tai radion välityksellä. Enigman tuottama salattu teksti merkittiin muistiin kirjain kirjaimelta esim. paperille ja tämä koodattu sanoma annettiin varsinaiselle sähköttäjälle. Vastaanottopäässä sama tehtiin käänteisesti. Eräissä Enigman versioissa oli tulostinosa.[6]

Enigman murtaminen ja Puola[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Enigma-järjestelmän onnistui murtamaan ensimmäisenä Puolan tiedustelupalvelu. He onnistuivat pääsemään tutkimaan Enigman rakennetta viikonlopun ajan Puolan postilaitoksen suojissa saksalaisten huolimattomuuden takia. Juuri ennen hyökkäystä Puolaan saksalaiset kuitenkin muuttivat koneen rakennetta vaikeammaksi. Tätä puolalaiset eivät enää pystyneet avaamaan. Poznańin yliopistolla aloitettiin salakirjoitusmatematiikan kurssi vuonna 1929[7] ja siitä seurasi yksi suurimmista toisen maailmansodan tiedusteluvoitoista.

Enigman murtaminen perustui uuden matematiikan muun muassa ryhmäteorian, käyttöön salakirjoituksen avaamisessa. Enigman rakenteellinen heikkous oli, että kirjain ei koskaan koodautunut itsenään, mikä rajasi ratkaistavia vaihtoehtoja. Enigman käytössä tehtiin virheitä esimerkiksi käyttämällä kaavamaisia sanomamuotoja, jolloin viestin laatu oli mahdollista arvata koodatun tekstin sijainnin perusteella, vaikka täsmällinen sisältö ei ollut tiedossa. Ratkaisuyritykseltä voitiin näin olettaa saatavan tietynlainen tulos kuten kellonaika. Enigman käyttäjien virheitä olivat esimerkiksi asetusten yksinkertaiset koodiavaimet, jotka osaksi johtuivat taistelun stressistä.

Enigman murtaminen oli jatkuvaa kilpajuoksua saksalaisten järjestelmään tekemien muutosten ja puolalaisten murtoyritysten kanssa.

Vuoden 1939 alussa oli tultu tilanteeseen, jossa puolalaisten resurssit oli käytetty loppuun. Saksalaisten viimeisimmän muutoksen kompensoimiseksi olisi tarvittu kymmenkertaiset resurssit aiempaan nähden. 25. ja 26. kesäkuuta 1939 Puolassa järjestettiin tapaaminen, jossa puolalaiset kertoivat Ranskan ja Ison-Britannian edustajille kaiken, mitä tiesivät Enigman avaamisesta.[8] Enigman avaamisen salaisuus siirtyi liittoutuneille.

Enigman murtaminen toisen maailmansodan aikana[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Enigma käytössä

Tiettävästi puolalainen matemaatikko Marian Rejewski mursi ensimmäisenä Enigman salauksen.[9] Saksalaiset matemaatikot olivat hyvin tietoisia menetelmän yhdestä, ”pienestä” heikkoudesta: järjestelmä ei koskaan koodatessa antanut samaa merkkiä mikä sille syötettiin. Eli kirjoitettaessa syötteenä ”A”, se ei koskaan koodautunut ”A”-kirjaimeksi. Laskettiin kuitenkin, että seikan hyödyntäminen salauksen purkamisessa vaatisi matemaattisia laskelmia, joiden eri mahdollisuuksien läpikäyminen veisi enemmän kuin seitsemänkymmentä (70) vuotta {aikamäärä tarkistettava}, joten tällä heikkoudella ei olisi mitään käytännön merkitystä laskutikkujen ja mekaanisten käsilaskimien aikakaudella; se oli turvallisuuden kannalta hyväksyttävää.

Enigman ratkaisukone ”Bombe”[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Puolalaiset olivat kehittäneet mekaanisesta laskimesta sähköautomatisoidun version, joka laski monikymmenkertaisesti nopeammin kuin käsin lukuja syöttämällä. Tämä Bombe-laite (”pommi”) lyhensi kyllä laskuaikaa, muttei enää riittävästi, kun saksalaiset 1930-luvulla kehittivät Enigman järjestelmää yhä monimutkaisemmaksi.[10] Laskentatehoa olisi pitänyt pystyä lisäämään monikymmenkertaiseksi, ja Bombe-laitteita ei ollut riittävästi. Saksan hyökättyä Puolaan ja miehitettyä maan kryptoanalyytikot pakenivat maasta ja kääntyivät englantilaisten puoleen.

Bletchley Parkin koodinmurtokeskus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Englannissa kerättiin Bletchley Parkin kartanoon parhaat matemaatikot sekä koodinmurtajat, ja heille annettiin riittävät henkiset ja materiaaliset resurssit. Bombe-koneita konstruoitiin lukuisasti ja niille syötettiin jatkuvasti lisää raakamateriaalia. Todennäköisyysmatematiikkaan perustuen alkoi Enigman toimintatavan logiikka paljastua. Haastetta lisäsi se, että Saksan sotavoimien eri osilla oli omat koodistonsa. Lisäksi Pohjois-Afrikan voimilla oli oma koodiavaimistonsa. Sodan muuttuessa liikkuvaksi murron merkitys korostui. Keväällä 1940 Saksan ilmavoimien Enigma saatiin murrettua ensimmäisenä.

Enigman käytön heikkouksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Saksalaiset luottivat niin paljon Enigman pitävyyteen, että heillä oli tiettyjä ”yleisavaimia” eri aselajeille annettavia yleisohjeita varten. Tämä yksinkertaisti koodaustyötä saman avainkombinaation toimiessa lukuisille eri yksiköille. Se yksinkertaisti myös koodinmurtamista sillä mitä enemmän on samalla avainkombinaatiolla annettua materiaalia, sitä todennäköisemmin laskenta saa yhdellä avaimella koodattua materiaalia ja koodi murtuu ja teksti saadaan desiferoiduksi selväkieliseksi. Saksalaiset tekivät Enigman käytössä virheitä ja näin taistelulaiva Bismarckin sijainti saatiin toukokuussa 1941 selville sen takia, että sen tiedustelulentäjä lähetti Luftwaffen Enigmalla viestin sen sijaan, että hän olisi käyttänyt suojatumpaa laivaston (Kriegsmarinen) Enigmaa. Brittihävittäjä HMS Bulldog valtasi 9. toukokuuta 1941 saksalaisen U-110-sukellusveneen, josta valtaajat saivat haltuunsa koodikirjoja ja käyttökuntoisen Enigman.[11] Britit kykenivät lukemaan Luftwaffen Enigmaa lähes reaaliajassa.

Saksalaisilla oli kautta sodan useita kymmeniä koodiavaimia. Liittoutuneet saivat ne murrettua 1942 kuluessa. Niitä hyödynnettiin muun muassa sukellusveneiden tehdessä paikka- ja tilanneilmoituksia päivittäin: tällöin tiedettiin, missä olivat sukellusveneiden muodostamat saattueiden etsintäketjut. Näitä tietoja hyödyntämällä pystyttiin sukellusveneet kiertämään mahdollisimman kaukaa. Kun Yhdysvallat liittyi mukaan toiseen maailmansotaan 7. joulukuuta 1941, saatiin heidän materiaalikapasiteettinsa suoraan käyttöön, ja pystyttiin perustamaan saattuetukialusten ympärille Hunter-Killer-ryhmiä tuhoamaan sukellusveneitä näiden tietojen pohjalta.


Enigma ja Saksan sukellusveneet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Koska saksalaiset luottivat salausjärjestelmään, oletettiin voitavan ”kauko-ohjata” sukellusveneitä mahdollisimman tehokkaasti susilaumataktiikan (Rudeltaktik) tehostamiseksi. Se perustui siihen, että rajallinen määrä saattoaluksia paimensi laivasaattuetta. Jos yksi–kaksi venettä hyökkäsi saattueen kimppuun, saattoalukset voitiin keskittää niiden tuhoamiseen tai ainakin poishäätämiseen. Mutta amiraali Dönitz arvioi, että jos samana yönä saattueen kimppuun hyökkäisi 5–10 venettä, ei saattuesuoja riittäisi yhtäaikaisesti kaikkien torjumiseksi. Saattueen löytänyt sukellusvene ei hyökännytkään heti saattueen kimppuun vaan lähetti paikka-, suunta-, ja nopeusilmoituksen päämajaan. Sen mukaan, ja varjostavan sukellusveneen kutsumajakan mukaan, kaikki läheiset veneet kiirehtivät paikalle ja aloittivat iltayöstä yhteishyökkäyksen saattueen kauppalaivoja vastaan. Toukokuuhun 1942 taktiikka toimikin. Tuolloin Ferranti ja Raytheon olivat kehittäneet tutkan riittävän tarkaksi havaitsemaan pintakulussa kulkevat sukellusveneet pinta-aluksista käsin. Radiota käyttävät veneet puolestaan voitiin peilata ilmasta käsin ja lähettää niiden kimppuun syvyyspommein aseistettuja kaukopommituskoneita.

On kuitenkin huomattava, että saksalaisilla oli myös koodiavaimia, joita ei koskaan sodan aikana saatu murretuksi. Ne olivat yksittäiskoodeja, joita käytettiin sen verran harvoin, ettei raakakoodimateriaalia kertynyt tarpeeksi todennäköisyyslaskennan perusteeksi.

Tutkimus- ja purkutoimintaa siirrettiin myös Yhdysvaltoihin, ilmeisesti vastoin englantilaisten toiveita säilyttää koodinmurtamisen salat ominaan. Yhdysvalloissa rakennettiin sata pitkälle kehitettyä Bombe-laitteen versiota yötä päivää käsittelemään siepattua koodimateriaalia. Se nopeutti koodien purkamista.

Saksan maavoimat Operaatio Ultran kohteena[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Enigma Heinz Guderianin komentoajoneuvossa Ranskassa 1940

Kriegsmarinen ja Luftwaffen ohella myös maavoimat lähetti liikkuvassa sodankäynnissään valtavat määrät tietoa esimerkiksi joukkojen liikkeistä, ammus- ja muonatarpeistaan, haavoittuneiden ja kaatuneiden määristä joukko-osastoittain ym. Näistä saatiin tilastomatematiikkaa käyttämällä hämmästyttävän tarkka käsitys siitä, mitä liittoutuneilla oli odotettavissa vastaansa missäkin paikassa ja minäkin aikana. Bletchley Parkin Ultra-järjestelmän – kuten koodinmurtamisen koodinimi liittoutuneiden puolella oli – avulla saatiin tietoa jopa niin paljon ja niin tarkkaa, että sen hyödyntämisessä oli ongelmia. Esimerkiksi eräässä vaiheessa saatiin Erwin Rommelin hätähuuto polttoainetilanteesta. Rommelia lohdutettiin, että jokin tietty laiva on juuri lähtenyt satamasta ja sen odotettiin olevan Tobrukissa tiettynä päivänä. Liittoutuneiden puolelta olisi ollut uskaliasta lähettää vaikkapa sukellusvene odottamaan suoraan laivan reitille, sillä nuo ”ohjausviestit” toistuivat sen verran usein, että suora toiminta olisi saattanut saada saksalaisissa epäilyksen koodin murtamisesta että lukeeko joku nyt pelikortteja olkapäämme takaa? Siksi käskettiin ensin tiedustelulentäjä ”etsimään” vihollislaivoja oikeaan aikaan oikealta laivareitiltä ja laiva löytyi ennen pitkää. Saksalaiset lähettivät tunnollisesti avunpyyntöviestin kertoen lentokoneen havainneen heidät. Saksalaisten resurssit olivat vähäisempiä kuin liittoutuneiden, joten liittoutuneet käyttivät ylivoimaansa upottaen Rommelin tarvitseman bensiinin Välimeren syvyyksiin. Myös saksalaisten suunnitelmat Kurskin hyökkäyksessä paljastettiin ja ”vuodettiin” venäläisille.

Normandian maihinnousu ja operaatio Ultra[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ultra-tietojen perusteella voidaan sanoa melkoisen varmasti, että Normandian maihinnousu oli suoraan siitä riippuvainen. Kun saattueet saatiin turvallisesti Atlantin yli syksystä 1942 alkaen, voitiin ryhtyä keräämään tulevan maihinnousun varalle varastoja Britanniaan. Niitä kerättiin riittävästi samanaikaisesti kun miehistöä koulutettiin ja laivattiin Britanniaan. Keväällä 1944 saarivaltio oli kuin ”uppoamaton lentotukialus” jolla oli suuret sotavoimat. Salassapito oli hyvin tiukkaa ja se onnistui paremmin juuri saariolosuhteissa kuten Isossa-Britanniassa. Suuren maihinnousun (operaatio Overlord) salausprojekti oli nimeltään operaatio Fortitude. Salauksen avulla saatiin aikaan riittävä paikallinen ylivoima, jota hyökkäyssota ja erityisesti maihinnousuoperaatiot tarvitsevat.

Ultra-tietolähde pidettiin salassa melkein 1960-luvun loppuun asti. Britannia jakoi Enigma – laitteita entisiin siirtomaihinsa ja näin maa keräsi tietoa niiden salaiseksi uskomasta diplomaatti- ja kaupallisesta viestityksestä. Iso-Britannia ei hyödyntänyt Enigman murtamisessa saamaansa tietotaitoa, vaan purkulaitteet ja niiden matematiikasta johdettu tietokone Colossus purettiin.

Suurelle yleisölle Operaatio Ultra paljastettiin F.W. Winterbothamin kirjassa The Ultra Secret vuonna 1974.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Singh, Simon: Koodikirja: salakirjoituksen historia muinaisesta Egyptistä kvanttikryptografiaan. Tammi, 1999. ISBN 951-31-1544-5.
  • Ahvenainen, Sakari:"Enigma, osa 1 a" Viestimies-lehti 1/1991 s. 24–30
  • Ahvenainen, Sakari:"Enigma, osa 1 b" Viestimies-lehti 2/1991 s. 12–17
  • F.W.Winterbotham: Operaatio Ultra. WSOY, 1976. ISBN 951-0-07304-0.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Singh 1999, 191
  2. Carlisle, Rodney P. Scientific American inventions and discoveries, s. 348 John Wiley and Sons, 2004
  3. Singh 1999, 198
  4. Viestikiltojen liitto
  5. a b Singh 1999, 179-180
  6. Singh 1999, 192
  7. Gannon, James: Stealing Secrets, Telling Lies: How Spies and Codebreakers Helped Shape the 20th Century, Brassey's, 2002, s. 32
  8. Peter, Laurence: How Poles cracked Nazi Enigman secret (BBC News 20. heinäkuuta 2009)
  9. Singh 1999, 207-215
  10. Singh 1999, 218-219
  11. Turtola, Martti & Pajala, Lasse 2009. Kaikilla rintamilla - toisen maailmansodan historia. Otava: Helsinki, s. 85

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Enigma (salauslaite).