Enigma (salauslaite)

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.

Enigma oli kaupallisessa käytössä 1920-luvun alusta alkaen, ja sitä myytiin jopa ulkomaille asti. Saksan sotilasmalli (Wehrmachtin Enigma) on näistä malleista kuuluisin. Saksan asevoimat ottivat koneen käyttöön seuraavasti: merivoimat 1926, maavoimat 1929 ja ilmavoimat 1933. Myös monet muut hallinnonalat kuten SS, poliisi ja rautatiet 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 toisen maailmansodan kestoa arvioiden mukaan ainakin vuodella.

Suomessa on Enigma-laite nähtävissä viestimuseossa Riihimäellä [1].

Enigman rakenne

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.

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.

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.

Enigman murtaminen ja Puola

Enigma-järjestelmää yrittivät murtaa monet Saksan naapurimaat, muun muassa Puola, Ranska, Yhdistynyt kuningaskunta ja Tšekkoslovakia. Ennen toisen maailmansodan alkua murtamiseen pystyi vain Puola, vuodesta 1933.

Enigman murtaminen alkoi, kun puolalaiset eivät pystyneet 1920-luvun lopulla enää murtamaan Saksan uusia Enigmalla salakirjoitettuja radioviestejä. Poznanin yliopistolla aloitettiin salakirjoitusmatematiikan kurssi vuonna 1929 ja siitä seurasi yksi suurimmista toisen maailmansodan tiedusteluvoitoista.

Enigman murtaminen perustui:

• Uuden matematiikan, mm. ryhmäteorian, käyttöön salakirjoituksen avaamisessa
• Enigman rakenteen eräiden heikkouksien hyödyntämiseen
• Enigman käytön eräisiin virheisiin ja
• Enigman käyttäjien eräisiin virheisiin.

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 järjestiin tapaaminen, jossa puolalaiset kertoivat Ranskan ja Englannin edustajille kaiken, mitä tiesivät Enigman avaamisesta. Enigman avaamisen salaisuus siirtyi liittoutuneille.

Enigman murtaminen toisen maailmansodan aikana

Tiettävästi puolalainen matemaatikko Marian Rejewski mursi ensimmäisenä Enigman salauksen. 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 vaati 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"

Puolalaiset olivat kehittäneet mekaanisesta laskimesta sähköautomatisoidun version, joka laski monikymmenkertaisesti nopeammin kuin käsin lukuja syöttämällä. Tämä Bombe-laite ("pommi") lyhensi kyllä laskuaikaa, muttei enää riitävästi, kun saksalaiset 1930-luvulla kehittivät Enigman järjestelmää yhä monimutkaisemmaksi. 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

Englannissa kerättiin Bletchley Parkin kartanoon (ks. En:Bletchley Park) parhaat matemaatikot sekä koodinmurtajat, ja heille annettiin riittävät resurssit; sekä henkiset että materiaaliset. Bombe-koneita konstruoitiin lukuisia uusia, niille syötettiin jatkuvasti (sodan muuttuessa liikkuvaksi) lisää raakamateriaalia, ja todennäköisyysmatematiikkaan perustuen alkoi Enigman salaisuus, sen logiikka, paljastua. Keväällä 1940 Ilmavoimien (Luftwaffe) Enigma saatiin murrettua ensimmäisenä.

Enigman käytön heikkouksia

Saksalaiset luottivat niin paljon Enigman pitävyyteen, että heillä oli tiettyjä "yleisavaimia" eri aselajeille annettavia yleisohjeita varten. Tämä yksinkertaisti koodaustyötä; sama avainkombinaatio kävi lukuisille eri yksiköille. Se yksinkertaisti myös koodinmurtamista - mitä enemmän on samalla avainkombinaatiolla annettua materiaalia, sen helpommin todennäköisyyslaskenta saa yhdellä avaimella koodattua materiaalia, ja pääsee "läpi" sen koodin, eli saa desiferoitua sen ja aikaan selväkielisen tekstin. Samoin saksalaiset tekivät Enigman käytössä virheitä: mm. 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. Britit kykenivät lukemaan Luftwaffen Enigmaa lähes reaaliajassa.

Saksalaisilla oli kautta sodan useita kymmeniä koodiavaimia. Liittoutuneet saivat ne murrettua 1942 kuluessa. Niitä hyödynnettiin mm. sukellusveneiden tehdessä paikka- ja tilanneilmoituksia päivittäin: tällöin tiedettiin, missä olivat sukellusveneiden muodostamat saattueiden etsintäketjut. Näitä tietoja hyödyntämällä pystyttiin sukellusveneet kiertämään mahdollisimman kaukaa. Kun USA liittyi mukaan toiseen maailmansotaan 7.12.1941, saatiin heidän materiaalikapasiteettinsa suoraan käyttöön, ja pystyttiin perustamaan saattuetukialusten ympärille Hunter-Killer-ryhmiä tuhoamaan sukellusveneitä näiden tietojen pohjalta.

Enigma ja Saksan sukellusveneet

Koska saksalaiset luottivat salausjärjestelmään, oletettiin voitavan "kauko-ohjata" sukellusveneitä mahdollisimman tehokaasti 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 Dönitzin teorian mukaan 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. 1942 toukokuuhun 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 niiden kimppuun lähettää 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. USA:ssa rakennettiin sata pitkälle kehitettyä Bombe-laitteen versiota yötä päivää käsittelemään siepattua koodimateriaalia. Se nopeutti koodien purkamista.

Saksan maavoimat Operaatio Ultran kohteena

Kriegsmarinen ja Luftwaffen ohella myös maavoimat (Wehrmacht) lähetti liikkuvassa sodankäynnissään valtavat määrät tietoa esimerkiksi joukkojen liikeistä, ammus- ja muonatarpeistaan, haavoittuneiden ja kaatuneiden määristä joukko-osastoittain ym. Näistä saatiin tilastomatematiikalla hämmästyttävän tarkka käsitys siitä, mitä liittoutuneilla oli odotettavissaan vastaansa missäkin paikassa ja aikana. Tietoa Bletchley Parkin Ultra-järjestelmästä - kuten koodinmurtamisen koodinimi liittoutuneiden puolella oli - tuli jopa niin paljon ja niin tarkkaa, että sen hyödyntämiessä oli ongelmia. Esimerkiksi eräässä vaiheessa saatiin 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: nyt joku kyllä lukee pelikortteja meidän olkapäämme takaa?. Siksi käskettiin ensin tiedustelulentäjä "etsimään" vihollislaivoja oikeaan aikaan oikealta laivareitiltä, ja laiva löytyi ennen pitkää. Saksalaiset tunnollisesti lähettivät avunpyyntöviestin: lentokone havainnut meidät! Koska saksalaisten resurssit olivat vähäisempiä kuin liittoutuneiden, ei sekään haitannut, vaan nyt liittoutuneet panivat ylivoimaiset voimansa liikkeelle, ja Rommelin bensiini upposi Välimeren syvyyksiin.

Normandian maihinnousu ja Operaatio Ultra

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 valtavia varastoja Englantiin. Niitä kerättiin riittävästi, ja samaan aikaan miehistöä koulutettiin ja laivattiin Englantiin niin, että keväällä 1944 saarivaltio oli kuin "uppoamaton lentotukialus", pullollaan sotavoimia. Salassapito oli hyvin tiukkaa: se onnistui paremmin juuri saariolosuhteissa kuten Britanniassa. Suuren maihinnousun (operaatio Overlord) salausprojekti oli nimeltään operaatio Fortitude. Näin saatiin aikaan riittävä paikallinen ylivoima, jota hyökkäyssota, ja erityisesti maihinnousuoperaatiot, tarvitsevat.

Ultra-tietolähde pidettiin salassa melkein 1950-luvun loppuun asti.

Lähteitä

• 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

Katso myös

• Alan Turing
• Colossus

Aiheesta muualla

• Paperista rakennettu Enigma
• Mikrobitin Enigma
• Enigma simulaattori. (Yhteensopiva oikean enigman kanssa, mukaan kuuluu: 3-rotor Wehrmacht and Luftwaffe Enigma, 3-rotor Kriegsmarine M3, 4-rotor Kriegmarine M4 Enigma)
• Enigma simulaattori (Java)Malline:Link FAMalline:Link FAMalline:Link FAMalline:Link FAMalline:Link FAMalline:Link FA