Historický vývoj kryptografie v období světových válek

Kryptografie

Kryptografií neboli šifrování se rozumí zpráva, která je jakýmsi způsobem zakódována (zašifrována) do podoby, kterou lze přečíst (rozšifrovat) jen díky speciálnímu šifrovacímu klíči. Je to nauka o metodách utajování smyslu zpráv. Následné rozšifrování nazýváme kryptoanalýzou.

Dva cíle

• zprávu správně zakódovat a bezpečně dopravit adresátovi, který ji následně rozkóduje
• druhá strana- utajovanou informaci zachytit, rozluštit a využít k vlastnímu prospěchu

Kryptologie 1. světové války

Startem pro rozšíření kryptografie byl v 1. světové válce byl obrovský nárůst využívání radiové komunikace, kde vyvstala potřeba určité informace šifrovat. Strana nepřítele se naopak snažila zprávy rozluštit. Nejznámější příklad využití informací, které byly získány pomocí radiového odposlechu je Bitva u Tannenbergu: Na východní frontě naopak na počátku konfliktu slavily úspěchy síly Centrálních mocností. Bitva u Tannenbergu je dobrým příkladem toho, kam může vést nedůsledné použití kódování při utajované komunikaci. V průběhu válečných příprav vedení ruského šifrovacího střediska ze strachu před zrádci ve vlastních řadách pozdrželo přidělování kódových knih jednotlivým plukům a naivně, spoléhavše na to, že nepřítel neposlouchá, se rozhodlo prozatím vysílat rozkazy v otevřené řeči [KAHN, 1968, s.622-627]. Rusové se ihned po vyhlášení války v srpnu 1914 rozhodli zaútočit na ně- meckou 8. armádu jistící oblast Východního Pruska. Tento úkol měly provést dvě ruské armády, známé jako Něvská a Narevská, obě velením spadající pod generála Zilinského. Něvská armáda měla zaútočit s dvoudenním předstihem a Němce zdržet, zatímco Narevská by od jihu nepříteli odřízla ústupovou cestu na západ a nakonec by ho dostala do kleští. Ruské jednotky nebyly dosud zvyklé v masové míře používat rádiové spojení a ještě menší ochotu projevovaly ke kó- 14 dování přenášených zpráv. Němci, kteří ruskou komunikaci bedlivě sledovali, měli dokonce zpočátku dojem, že jde spíše o vskutku ubohý zastírací manévr, než o reálné rozkazy. Nakonec však uvěřili a vypracovali strategii, podle níž měla celá 8. armáda zaútočit na dosud se přesouvající Narevskou armádu u vesničky Tannenberg4 . Něvskou armádu mělo zdržet jen několik slabých oddílů jezdectva a domobrany. Ruský postup na jihu byl zpomalen špatným terénem i nedostatkem zásob a v komunikaci mezi jednotlivými divizemi vládl doslova chaos. Není tak divu, že se hlavní německé síle podařilo 26.9.1914 zaskočit Rusy zcela nepřipravené, obklíčit je a během čtyřdenní bitvy zcela zdecimovat [PIEKALKIEWICZ, 2004, s.272-275].

Principy šifer 1. světové války

Playfairova šifra

Playfairova šifra byla vynalezena roku 1854 Charlesem Wheatstonem, který ji pojmenoval po svém dlouholetém příteli a velkém propagátorovi šifry, baronu Lyonu Playfair. Pro svou složitost byla prvotně úřady odmítána, poté ale našla uplatnění v první světové válce. Principem jde o bigramovou symetrickou substituční šifru, jejímž klíčem je tabulka o pěti řádcích a pěti sloupcích. Počet všech možných klíčů získáme součtem přes všechny možné řetězce o 25 znacích bez opakování, což ve vý- sledku dává 25!, tedy přibližně 1,55×1025 [PIPER, 2006, s.40].

Polní kódy

Jelikož se hranice států ustálily v mezích zdevastované několika kilometrové fronty nastala poziční zákopová válka. V důsledku toho se ukázalo, že je výhodnější přestat používat šifry a více prosazovat kódy. Kód narozdíl od šifry nestaví bezpečnost utajované informace na základě utajení klíče, ale na zakódování celých slov frází. Obě strany proto musí mít kódovací knihu, která obsahuje kódovací a dekódovací tabulku. Jestliže dojde k získání celé knihy nepřitelem, znemožňuje to jakoukoli další efektivní komunikaci.

Kryptologie 2. světové války

Až do posledních měsíců první světové války panovala téměř kontraproduktivní řevnivost mezi armádní kryptoslužbou MI1b, vedenou majorem Malcolmem Hayem, a již zmíněným námořním oddělením Room 40 pod taktovkou admirála Halla. Jen zřídka probíhala mezi odděleními jakákoliv spolupráce a komunikace mezi nimi byla omezena na nutné minimum. S koncem války však logicky přišly škrty v armádním rozpočtu, které nakonec vedly až ke sloučení obou konkurenčních pracovišť pod společným názvem Government Code and Cypher School . Vedením nově vzniklého oddělení byl pověřen veterán Room 40 Alfred Denniston. GC&CS narozdíl od Room 40 nebyla oficiálně neexistujícím oddělením, ovšem její jméno bylo i tak spíše zástěrkou. Navenek se oddělení mělo tvářit coby pouhý konzultant pro vývoj kryptosystémů pro potřeby britské vládní garnitury, nicméně hlavní činností zůstávalo i v době míru luštění zahraniční utajené komunikace.

Enigma

23.2.1918 podal německý inženýr Arthur Scherbius žádost o patent na "Chiffrierapparat". Jednalo se o mechanickou pomůcku pro utajování zpráv, avšak tento projekt se nesetkal s úspěchem a v soukromých i armádních sektorech byl většinou zdvořile odmítnut. Roku 1923 na kongresu Mezinárodní poštovní unie v Bernu byla konečně představena dostupná verze šifrovacího stroje pod názvem Enigma. Po počátečním odmítnutí byl stroj upraven, vycházely novější verze a dostávalo se prvních úspěchů. Následně byl uzavřen kontrakt s Japonskem, Velkou Británií, Švédskem, Polskem nebo USA.

Součásti Enigmy

• Klávesnice - klasická klávesnice à la psací stroj s kontinentálním rozložením QWERTZU, na níž se zadával otevřený text. Nejčastější počet kláves byl 26, avšak některé verze měly 29, či naopak pouze 10 kláves.

• Vstupní stator - na něj byly připojeny na vstupu kontakty z klávesnice a na výstupu kontakty pravého rotoru.

• Rotory - samotný šifrovací mechanismus a srdce celého stroje. Rotor je kotouč skládající se z několika částí.Z kryptologického hlediska je hlavní funkcí rotoru substituovat abecedu na vstupní straně jinou abecedou na výstupní straně pomocí pevně daných drátových propojení mezi kontakty.Jeden samotný rotor tak má účinnost klasické monoalfabetické šifry.Většina verzí Enigmy využívala naráz tři různé rotory, přičemž po každém stisknutí klávesy se pravý rotor pootočil o jeden krok dopředu. Po jedné kompletní otáčce (tj. 26 krocích) pravého rotoru se o jednu pozici posunul rotor střední a obdobně, po jedné otáčce prostředního se o jednu pozici posunul levý rotor. Tím průběžně při každém stisku klávesy vznikalo nové zapojení, které vedlo elektrický impulz jinou cestou. Rotory byly ručně nastavitelné do libovolné pozice, čímž se určovala jedna ze složek klíče přenášené zprávy. Prstenec s abecedou je oproti jádru rotoru libovolně nastavitelný a nemění jeho vnitřní funkci. Využití najde při nastavování klíče zprávy, kdy je třeba celý rotor i s abecedním prstencem ručně nastavit tak, aby skrze průzor v krytu Enigmy bylo vidět správné písmeno. K prstenci byl připevněn kroužek se zářezem, který řídil posun dalšího rotoru. Z osmi možných rotorů, které byly k dispozici na konci války, měly rotory 1-5 pouze jeden zářez. Rotory 6-8, přidané později jako součást námořních verzí Enigmy, měly zářezy dva, což zdánlivě přispívalo k nepravidelnosti chodu stroje, avšak ve skutečnosti pouze zkracovalo periodu klíče na polovinu.

• 

  Enigma