VARDIS.
Kryptologia/Kryptologia

Enigma. Jak trzej Polacy złamali szyfr, którego nie dało się złamać

W grudniu 1932 roku dwudziestosiedmioletni matematyk z Poznania odtworzył okablowanie niemieckiej maszyny szyfrującej, nie widząc jej nigdy na oczy. Zrobił to równaniami. Siedem lat później Polska przekazała cały dorobek Francji i Wielkiej Brytanii – pięć tygodni przed wybuchem wojny.

Sebastian Baryś50 min czytania

Z tej publikacji dowiesz się:

  • 01Enigmę złamał w grudniu 1932 roku Marian Rejewski, matematyk z Uniwersytetu Poznańskiego, pracujący w Biurze Szyfrów Sztabu Głównego. Odtworzył okablowanie wirników metodą matematyczną, opartą na teorii permutacji.
  • 02Kluczową pomocą były materiały zdobyte przez wywiad francuski od niemieckiego szpiega Hansa-Thilo Schmidta i przekazane Polakom przez majora Gustave’a Bertranda około 9–10 grudnia 1932 roku.
  • 03Zespół – Rejewski, Jerzy Różycki i Henryk Zygalski – zbudował następnie narzędzia mechanizujące pracę: katalog kart charakterystyk, cyklometr, płachty Zygalskiego i bombę kryptologiczną z 1938 roku.
  • 04Niemieckie zmiany z 15 grudnia 1938 i 1 stycznia 1939 roku – dwa dodatkowe wirniki i zwiększenie liczby połączeń na łącznicy – wymagałyby sześćdziesięciu bomb i tylu kompletów płacht. Budżet Biura Szyfrów tego nie wytrzymywał.
  • 0526 lipca 1939 roku w Pyrach pod Warszawą Polacy przekazali Francuzom i Brytyjczykom całą wiedzę, metody i kopie maszyn. Bez tego przekazania Bletchley Park musiałoby zaczynać od zera.
Trzywirnikowa niemiecka maszyna szyfrująca Enigma I z 1936 roku z widoczną klawiaturą i łącznicą kablową
Trzywirnikowa Enigma I z 1936 roku – ten sam typ maszyny, którego okablowanie Marian Rejewski odtworzył w 1932 roku, nie mając do niej fizycznego dostępu. Widoczna na przedzie łącznica kablowa była elementem, który Niemcy uważali za gwarancję nieprzełamywalności szyfru.Fot. WolfmannCC BY-SA 4.0

Pod koniec 1932 roku dwudziestosiedmioletni matematyk siedział w warszawskim biurze nad kartkami pełnymi permutacji i próbował odtworzyć wnętrze maszyny, której nigdy nie widział. Nie miał jej schematu ani zdobytego egzemplarza. Miał układ równań i przekonanie, że da się je rozwiązać.

Marian Rejewski rozwiązał je w kilka tygodni. Odtworzył okablowanie wszystkich wirników i walca odwracającego niemieckiej Enigmy – rzecz, którą kryptolodzy brytyjscy i francuscy uznawali wtedy za niewykonalną.

Siedem lat później, gdy niemieckie zmiany przerosły możliwości polskiego budżetu, Warszawa oddała cały ten dorobek Francji i Wielkiej Brytanii. Pięć tygodni przed wybuchem wojny. To jest historia najbardziej udanego przedsięwzięcia technicznego Drugiej Rzeczypospolitej – i najdłużej przemilczanego.

Zasada tego artykułu

Rozdzielamy wywiad, matematykę i inżynierię

Sukces złożył się z trzech elementów: dokumentów zdobytych przez szpiegostwo, teorii matematycznej i zbudowanych narzędzi. Popularne opowieści zwykle podkreślają jeden z nich kosztem pozostałych. Każdy był konieczny, żaden sam nie wystarczał.

Czym była Enigma

Enigma wyglądała jak maszyna do pisania w drewnianej skrzynce. Naciśnięcie klawisza zamykało obwód elektryczny, który przechodził przez łącznicę kablową, następnie przez trzy obracające się wirniki, odbijał się od walca odwracającego i wracał przez wirniki i łącznicę, zapalając lampkę z inną literą.

Po każdym naciśnięciu klawisza wirniki się przesuwały, więc ta sama litera wpisana dwa razy dawała dwa różne wyniki. Szyfr był polialfabetyczny o gigantycznym okresie – i, co równie ważne, w pełni odwracalny: ta sama maszyna z tym samym ustawieniem deszyfrowała tekst.

Liczbę możliwych ustawień szacowano na wielkości astronomiczne. Największy wkład wnosiła łącznica kablowa, na której operator łączył ze sobą pary liter. To ją Niemcy uważali za element gwarantujący bezpieczeństwo, i to ją Rejewski umiał wyłączyć z rachunku.

Decyzja, która przesądziła o wszystkim: zatrudnić matematyków

W latach dwudziestych kryptologię traktowano w Europie jako dziedzinę pokrewną lingwistyce. Łamaniem szyfrów zajmowali się filolodzy, znawcy języków i ludzie o zdolnościach do łamigłówek. Polskie Biuro Szyfrów doszło do wniosku, że nowoczesna maszyna wymaga innego przygotowania.

W 1929 roku zorganizowano w Poznaniu tajny kurs kryptologii dla studentów matematyki znających niemiecki. Miasto wybrano nieprzypadkowo: Wielkopolska była przez ponad sto lat pod zaborem pruskim, więc znajomość niemieckiego była tam powszechna.

Ekspozycja przedstawiająca Mariana Rejewskiego, Henryka Zygalskiego i Jerzego Różyckiego
Marian Rejewski, Henryk Zygalski i Jerzy Różycki na ekspozycji Centrum Szyfrów Enigma w Poznaniu. Trzej absolwenci tajnego kursu kryptologii z 1929 roku, którzy przez siedem lat czytali niemiecką korespondencję wojskową.Fot. Nortix08CC BY-SA 4.0

Z kursu wyłoniono trzech ludzi: Mariana Rejewskiego, Jerzego Różyckiego i Henryka Zygalskiego. Rejewski uzyskał tytuł magistra 1 marca 1929 roku, latem 1930 objął asystenturę na Uniwersytecie Poznańskim i pracował na część etatu w poznańskiej filii Biura Szyfrów. 1 września 1932 roku przeniósł się do Warszawy.

To była decyzja organizacyjna, nie odkrycie. Ktoś uznał, że maszynę zbudowaną na permutacjach trzeba atakować teorią permutacji, i zatrudnił ludzi, którzy ją znali. Cała reszta wynikła z tego wyboru.

Grudzień 1932: równania zamiast maszyny

W październiku 1932 roku Rejewski dostał zadanie: Enigma. Pracował sam, w oddzielnym pokoju, nie wiedząc początkowo, że koledzy dostali inne fragmenty tego samego problemu.

Punktem zaczepienia była procedura niemiecka. Operator wybierał klucz wiadomości i nadawał go dwukrotnie na początku depeszy. To podwojenie tworzyło zależność między pierwszą a czwartą, drugą a piątą i trzecią a szóstą literą – zależność, którą dało się zapisać jako iloczyn permutacji.

Rejewski wyprowadził z tego układ równań opisujących okablowanie wirników. Układ miał jednak zbyt wiele niewiadomych, dopóki nie dało się usunąć wpływu łącznicy kablowej. I tu wszedł wywiad.

Około 9–10 grudnia 1932 roku major Gustave Bertrand z francuskiego wywiadu przekazał Polakom materiały zdobyte od Hansa-Thilo Schmidta, urzędnika niemieckiego biura szyfrów. Wśród nich były ustawienia maszyny na wrzesień i październik 1932. To pozwoliło wyeliminować składową odpowiadającą za łącznicę.

Do końca grudnia 1932 roku Rejewski znał okablowanie wszystkich wirników i walca odwracającego. Od tego momentu Polska mogła budować własne kopie Enigmy i czytać niemiecką korespondencję.

Rozstrzygnięcie starego sporu

Kto właściwie złamał Enigmę

Francuzi mieli dokumenty i uznali je za bezużyteczne – przekazali je Polakom, bo sami nie widzieli, co z nimi zrobić. Polacy mieli metodę, ale bez dokumentów utknęliby na latach żmudnych prób. Uczciwa odpowiedź brzmi: bez jednego i drugiego nie udałoby się w 1932 roku.

Siedem lat wyścigu: cyklometr, płachty, bomba

Złamanie okablowania nie kończyło pracy, lecz ją zaczynało. Niemcy zmieniali klucze codziennie, więc każdego dnia trzeba było od nowa ustalać ustawienie wirników i połączenia łącznicy. Kolejne lata to historia mechanizowania tej pracy.

Około 1935 roku powstał katalog kart charakterystyk oraz cyklometr – urządzenie zbudowane z dwóch połączonych zestawów wirników, służące do wyliczania permutacji cyklicznych. Metoda kart charakterystyk miała tę zaletę, że była niezależna od liczby połączeń na łącznicy.

1 października 1936 roku Niemcy zwiększyli liczbę połączeń na łącznicy, unieważniając wcześniejszą metodę rusztu. 15 sierpnia 1938 roku zmienili procedurę wyboru kluczy, co unieważniło katalog kart charakterystyk.

Odpowiedzią były dwa nowe narzędzia. Henryk Zygalski opracował płachty perforowane – arkusze z otworami, które po nałożeniu na siebie wskazywały możliwe ustawienia wirników, niezależnie od łącznicy. Rejewski zaprojektował bombę kryptologiczną: zestaw sześciu połączonych kopii Enigmy, przeszukujący ustawienia automatycznie i znajdujący klucz dzienny w około dwie godziny.

Wyścig Biura Szyfrów z niemieckimi zmianami
Data

1932

Zmiana po stronie niemieckiej
Standardowa procedura z podwojonym kluczem wiadomości
Polska odpowiedź
Rejewski odtwarza okablowanie wirników metodą permutacyjną
Data

około 1935

Zmiana po stronie niemieckiej
Rutynowa zmiana kluczy dziennych
Polska odpowiedź
Katalog kart charakterystyk i cyklometr
Data

1 X 1936

Zmiana po stronie niemieckiej
Zwiększenie liczby połączeń na łącznicy
Polska odpowiedź
Metoda rusztu traci skuteczność; nacisk na metody niezależne od łącznicy
Data

15 VIII 1938

Zmiana po stronie niemieckiej
Zmiana procedury wyboru kluczy
Polska odpowiedź
Płachty Zygalskiego i bomba kryptologiczna
Data

15 XII 1938

Zmiana po stronie niemieckiej
Dodanie dwóch wirników – pięć zamiast trzech do wyboru
Polska odpowiedź
Liczba kombinacji rośnie dziesięciokrotnie
Data

1 I 1939

Zmiana po stronie niemieckiej
Zwiększenie połączeń z 12 do 20 par liter
Polska odpowiedź
Potrzeba 60 bomb i 60 kompletów płacht – powyżej możliwości budżetu

Zestawienie pokazuje dynamikę wyścigu. Każda zmiana niemiecka wymagała nie tylko nowej metody, ale i nowego sprzętu, który trzeba było zaprojektować i zbudować.

Do połowy listopada 1938 roku zbudowano sześć bomb kryptologicznych. Miesiąc później niemieckie zmiany sprawiły, że potrzeba było sześćdziesięciu. Polska nie miała na to ani pieniędzy, ani czasu.

26 lipca 1939: spotkanie w Pyrach

W lipcu 1939 roku, gdy wojna była już kwestią miesięcy, polski wywiad podjął decyzję, której konsekwencje sięgnęły daleko poza wojnę. Zaproszono przedstawicieli wywiadu francuskiego i brytyjskiego do ośrodka w Pyrach pod Warszawą.

26 lipca 1939 roku Rejewski i jego zespół zaprezentowali gościom całość: metodę matematyczną, płachty Zygalskiego, bombę kryptologiczną i zbudowane w Polsce kopie Enigmy. Brytyjczycy i Francuzi dostali też egzemplarze maszyn do zabrania ze sobą.

Reakcja gości jest dobrze udokumentowana i sprowadzała się do zaskoczenia. Brytyjczycy pracowali nad Enigmą bez powodzenia i zakładali, że Polacy chcą się czegoś od nich dowiedzieć. Zamiast tego dostali gotowe rozwiązanie problemu, który uważali za nierozwiązywalny.

Właściwa miara tej decyzji

Oddano wszystko, nie prosząc o nic w zamian

Polska nie negocjowała, nie zatrzymała części wiedzy jako karty przetargowej i nie postawiła warunków. Motyw był prosty: skoro sami nie damy rady utrzymać tempa, niech to robi ktoś, kto ma większe zasoby – byle dalej czytano niemieckie depesze.

Wrzesień 1939: ewakuacja

Na początku września Biuro Szyfrów opuściło Warszawę. Sprzęt zniszczono lub zakopano, dokumentację spalono. Zespół ruszył na południowy wschód razem z innymi instytucjami państwowymi.

17 września 1939 roku, tego samego dnia, w którym granicę wschodnią przekroczyła Armia Czerwona, kryptolodzy przeszli do Rumunii. Stamtąd, przez Francję, dotarli do ośrodka pod Paryżem, gdzie 20 października 1939 roku wznowiono prace pod kryptonimem PC Bruno.

Po upadku Francji w czerwcu 1940 roku ośrodek ewakuowano do Algierii, a 1 października 1940 roku otwarto placówkę Cadix na terenie Francji Vichy. Rejewski pracował tam pod nazwiskiem Pierre Ranaud.

9 stycznia 1942 roku, podczas katastrofy statku Lamoricière, zginął Jerzy Różycki. Miał trzydzieści dwa lata. Był pierwszym z trójki, który nie doczekał końca wojny.

W listopadzie 1942 roku, po wkroczeniu Niemców do strefy Vichy, ewakuowano Cadix. Rejewski i Zygalski przeszli 29 stycznia 1943 roku przez Pireneje do Hiszpanii, a 3 sierpnia 1943 roku dotarli samolotem do Wielkiej Brytanii.

Co z tego wyrosło w Bletchley Park

Brytyjczycy rozwinęli polskie podstawy w skali, na którą Polska nie miała środków. Alan Turing i Gordon Welchman zaprojektowali własną maszynę – bombę brytyjską – działającą na innej zasadzie niż polska, ale rozwiązującą ten sam problem.

Różnica polegała na tym, że polska bomba wykorzystywała słabość procedury z podwojonym kluczem, a brytyjska opierała się na przewidywanych fragmentach tekstu jawnego. Gdy Niemcy zlikwidowali podwojenie klucza, polska metoda przestała działać, brytyjska działała dalej.

To rozróżnienie jest ważne i bywa gubione po obu stronach sporu. Bletchley Park nie skopiowało polskiej metody – zbudowało własną. Zrobiło to jednak, wiedząc już, że Enigmę da się złamać, znając jej okablowanie i mając w ręku działające narzędzia. Start z takiego punktu i start od zera to dwie różne rzeczy.

Ekspozycja Centrum Szyfrów Enigma w Poznaniu
Ekspozycja Centrum Szyfrów Enigma w Poznaniu, otwartego w 2021 roku. Muzeum powstało w mieście, w którym w 1929 roku odbył się tajny kurs kryptologii, od którego zaczęła się cała historia.Fot. Łukasz GdakCC0 1.0

Trzydzieści cztery lata milczenia

Rejewski wrócił do Polski w listopadzie 1946 roku. Do 1950 roku pracował w fabryce Kabel Polski w Bydgoszczy, potem w administracji. Nie mógł opowiadać o tym, co robił, a i tak nikt by tego nie ogłosił.

Brytyjczycy objęli całą sprawę Enigmy ścisłą tajemnicą, obowiązującą przez dziesięciolecia po wojnie. Powód był praktyczny: maszyny szyfrujące tego typu były po 1945 roku używane przez wiele państw i utrzymywanie ich w przekonaniu o bezpieczeństwie szyfru miało wymierną wartość wywiadowczą.

Dopiero w 1973 roku ujawniono publicznie polski udział w złamaniu Enigmy. W 1967 roku Rejewski spisał wspomnienia i złożył je w Wojskowym Instytucie Historycznym. Zmarł 13 lutego 1980 roku w Warszawie.

Przez dziesięciolecia w opracowaniach zachodnich historia zaczynała się od Bletchley Park. Korekta trwa do dziś i nie polega na odbieraniu zasług Turingowi, lecz na przywróceniu właściwej kolejności zdarzeń.

Pięć mitów o polskiej Enigmie

Ta historia jest opowiadana na dwa przesadzone sposoby: albo Polacy nie mieli z nią nic wspólnego, albo złamali wszystko sami i Brytyjczycy tylko przepisali gotowe. Oba obrazy są fałszywe.

  • Mit: Polacy ukradli Enigmę albo dostali maszynę od szpiega. Rejewski odtworzył okablowanie matematycznie; materiały wywiadowcze zawierały ustawienia, nie schemat maszyny.
  • Mit: to Brytyjczycy złamali Enigmę, a Polacy tylko coś podpowiedzieli. Do lipca 1939 roku Brytyjczycy nie mieli działającej metody; wszystko, od okablowania po bombę, otrzymali od strony polskiej.
  • Mit: Bletchley Park tylko skopiowało polskie rozwiązania. Bomba Turinga i Welchmana działała na innej zasadzie i przetrwała zmiany, po których polska metoda przestała być użyteczna.
  • Mit: Polacy przestali łamać Enigmę, bo popełnili błąd. Przeszkodą była skala: po zmianach z przełomu 1938 i 1939 roku potrzeba było sześćdziesięciu bomb i tylu kompletów płacht.
  • Mit: polski wkład ujawniono zaraz po wojnie. Sprawa pozostawała tajna do 1973 roku, a Rejewski przez ten czas pracował w fabryce kabli.

Kalendarium

Oś czasu

17 wydarzeń

Kurs kryptologii w Poznaniu

Biuro Szyfrów organizuje tajny kurs dla studentów matematyki znających niemiecki.

Rejewski w Warszawie

Przenosi się do Biura Szyfrów Sztabu Głównego i w październiku dostaje zadanie: Enigma.

Materiały od Bertranda

Wywiad francuski przekazuje dokumenty zdobyte od Hansa-Thilo Schmidta z ustawieniami na wrzesień i październik.

Złamanie okablowania

Rejewski odtwarza uzwojenia wszystkich wirników i walca odwracającego.

Cyklometr i karty charakterystyk

Powstają pierwsze narzędzia mechanizujące ustalanie klucza dziennego.

Zmiana na łącznicy

Niemcy zwiększają liczbę połączeń; metoda rusztu traci skuteczność.

Zmiana procedury kluczy

Katalog kart charakterystyk przestaje działać. Powstają płachty Zygalskiego i bomba kryptologiczna.

Sześć bomb gotowych

Bomba znajduje klucz dzienny w około dwie godziny.

Dwa dodatkowe wirniki

Liczba kombinacji rośnie dziesięciokrotnie.

Dwadzieścia par liter

Kolejna zmiana wymaga sześćdziesięciu bomb – powyżej możliwości budżetu.

Spotkanie w Pyrach

Polacy przekazują Francuzom i Brytyjczykom metodę, narzędzia i kopie maszyn.

Ewakuacja

Biuro Szyfrów opuszcza Warszawę; 17 września zespół przekracza granicę rumuńską.

PC Bruno

Wznowienie prac w ośrodku pod Paryżem, wspólnie z Francuzami.

Ośrodek Cadix

Praca w strefie Vichy; Rejewski występuje jako Pierre Ranaud.

Śmierć Jerzego Różyckiego

Ginie w katastrofie statku Lamoricière na Morzu Śródziemnym.

Rejewski i Zygalski w Anglii

Po przejściu Pirenejów docierają do Wielkiej Brytanii. Do Bletchley Park nie zostają skierowani.

Ujawnienie

Polski udział w złamaniu Enigmy zostaje po raz pierwszy podany do wiadomości publicznej.

Ocena: co to naprawdę znaczyło

Mocne strony
  • Pierwsze na świecie skuteczne złamanie maszynowego szyfru metodami matematycznymi
  • Siedem lat ciągłego czytania niemieckiej korespondencji wojskowej przed wybuchem wojny
  • Zbudowanie działających narzędzi – cyklometru, płacht i bomby – a nie tylko teorii
  • Przekazanie całości sojusznikom w momencie, gdy miało to jeszcze wartość operacyjną
Ograniczenia
  • Skala środków niewspółmierna do tempa niemieckich zmian po 1938 roku
  • Brak zaplecza przemysłowego zdolnego zbudować dziesiątki maszyn w krótkim czasie
  • Utrata ciągłości prac po wrześniu 1939 i rozproszenie zespołu
  • Odsunięcie polskich kryptologów od dalszych prac po dotarciu do Wielkiej Brytanii

Trudno wskazać w dwudziestoleciu przedsięwzięcie o lepszym stosunku nakładów do efektu. Kilku ludzi, biuro i budżet, który przy inwestycjach takich jak Gdynia czy Centralny Okręg Przemysłowy był niezauważalny, dały rezultat oddziałujący na przebieg całej wojny światowej.

Jest w tym też lekcja o granicach. Polska potrafiła rozwiązać problem naukowy na poziomie światowym i nie potrafiła sfinansować jego przemysłowej skali. Ten sam wzorzec widać w lotnictwie i w programie zbrojeniowym: pomysły nadążały, produkcja nie.

Co warto zapamiętać

  • Enigmę złamała matematyka, a nie szpiegostwo – ale bez materiałów wywiadu francuskiego zadanie byłoby prawdopodobnie niewykonalne w tym czasie.
  • Polacy jako pierwsi potraktowali kryptologię jako dziedzinę matematyki, a nie lingwistyki. To była decyzja organizacyjna, która przesądziła o wszystkim.
  • Prace zatrzymały się nie z powodu błędu, lecz z powodu skali: pokonanie zmian z przełomu 1938 i 1939 roku wymagało nakładów przekraczających budżet całego Biura Szyfrów.
  • Decyzja o przekazaniu wszystkiego sojusznikom w lipcu 1939 roku była aktem zimnej kalkulacji – i najlepszą inwestycją, jaką polski wywiad zrobił w całej wojnie.
  • Polski wkład ujawniono publicznie dopiero w 1973 roku, gdy Rejewski od lat pracował w fabryce kabli w Bydgoszczy.

Źródła

  1. Marian Rejewski – Wikipedia
  2. Henryk Zygalski – Wikipedia
  3. Jerzy Różycki – Wikipedia
  4. Biuro Szyfrów – Wikipedia
  5. Bomba kryptologiczna – Wikipedia
  6. Płachty Zygalskiego – Wikipedia
  7. Cyklometr – Wikipedia
  8. Enigma – maszyna szyfrująca – Wikipedia
  9. Centrum Szyfrów Enigma w Poznaniu – Centrum Szyfrów Enigma
  10. Hans-Thilo Schmidt – Wikipedia
  11. Gustave Bertrand – Wikipedia
  12. PC Bruno – Wikipedia
  13. Cadix – Wikipedia
  14. Bletchley Park – historia ośrodka – Bletchley Park Trust
  15. Enigma I – maszyna trzywirnikowa w zbiorach muzealnych – Wikimedia Commons
  16. Rejewski, Zygalski i Różycki – ekspozycja w Poznaniu – Wikimedia Commons
  17. Ekspozycja Centrum Szyfrów Enigma – Wikimedia Commons
  18. Polska bomba kryptologiczna – schemat – Wikimedia Commons
  19. Płachty Zygalskiego – demonstracja w Bletchley Park – Wikimedia Commons
  20. Wojskowe Biuro Historyczne – zasób dotyczący Biura Szyfrów – Wojskowe Biuro Historyczne
  21. Muzeum Historii Polski – materiały o kryptologii dwudziestolecia – Muzeum Historii Polski
  22. Instytut Pamięci Narodowej – Przystanek Historia – Instytut Pamięci Narodowej
  23. Polskie Radio – audycje o złamaniu Enigmy – Polskie Radio
  24. Dzieje.pl – historia Polski – Dzieje.pl
  25. Nauka w Polsce – popularyzacja historii nauki – Nauka w Polsce
SB
Autor

Sebastian Baryś

Na co dzień nie zajmuję się zawodowo historią, jednak pomysł stworzenia tego serwisu dojrzewał we mnie przez kilka miesięcy. Jestem pasjonatem historii, a szczególnie okresu II wojny światowej. Dorastałem na „Sensacjach XX wieku” Bogusława Wołoszańskiego, poznając je zarówno w telewizji, jak i w formie książek oraz audycji. Pisanie publikacji pozwala mi łączyć zamiłowanie do odkrywania przeszłości z potrzebą opowiadania o niej w sposób rzetelny, przystępny i angażujący.

Dalej w Vardis
Dobór na podstawie tematu i działu