Polska bomba kryptologiczna automatyzowała poszukiwanie ustawień Enigmy przed powstaniem brytyjskiej Bombe
W 1938 roku polskie Biuro Szyfrów zaczęło używać urządzeń nazywanych bombami kryptologicznymi do mechanizowania części poszukiwań dziennego klucza Enigmy. Koncepcja Mariana Rejewskiego wykorzystywała regularność wynikającą z ówczesnej niemieckiej procedury dwukrotnego szyfrowania klucza wiadomości. Zbudowane urządzenia zestawiały pracę kilku kopii mechanizmu Enigmy i szybko sprawdzały możliwe położenia wirników. Polska „bomba” nie była tym samym urządzeniem co późniejsza brytyjska Bombe projektowana w Bletchley Park przez zespół Alana Turinga i rozwijana przez Gordona Welchmana. Łączy je idea mechanizacji ataku, ale różniły się założeniami i konstrukcją.
Problem nie polegał na przeczytaniu jednego tekstu
Każdego dnia operatorzy Enigmy korzystali z określonych ustawień, a poszczególne wiadomości otrzymywały dalsze ustawienia robocze. Nawet znając zasadę działania maszyny, kryptolodzy musieli regularnie odzyskiwać klucze. Ręczne testowanie wszystkich możliwości byłoby zbyt wolne. Rejewski szukał więc sposobów wykorzystujących charakterystyczne zależności w procedurze nadawczej, by odrzucać całe grupy ustawień bez sprawdzania każdej wiadomości znak po znaku.
Co robiła bomba
Ówczesna procedura szyfrowała ustawienie wiadomości dwa razy. Powstawały dzięki temu relacje między odpowiednimi znakami wskaźnika. Rejewski opracował test, który można było wykonywać mechanicznie dla wielu położeń wirników. Polska bomba zawierała zespoły odpowiadające mechanizmom Enigmy i obracała je przez kolejne konfiguracje, poszukując ustawień spełniających potrzebny warunek. Nie „odszyfrowywała całej wojny jednym przyciskiem”; była wyspecjalizowaną maszyną do zawężania przestrzeni kluczy.
Dlaczego powstało kilka urządzeń
Przy trzech dostępnych wirnikach istniało sześć możliwych kolejności ich umieszczenia. Polacy przygotowali zestaw bomb odpowiadających tym wariantom. NSA opisuje, że urządzenia zbudowała warszawska firma AVA, współpracująca z Biurem Szyfrów. W tym sensie był to wczesny przykład przeniesienia kryptanalizy z papieru do maszyny elektromechanicznej: człowiek formułował matematyczny warunek, a urządzenie wykonywało monotonne przeszukiwanie dużej liczby ustawień.
Niemcy zmienili zasady gry
Skuteczność bomby zależała od konkretnej słabości procedury. Gdy Niemcy zmieniali sposób używania Enigmy, zwiększali liczbę wirników i usuwali wcześniejsze regularności, dotychczasowe narzędzia traciły użyteczność. To podstawowa lekcja kryptologii: atak nie dotyczy tylko abstrakcyjnego algorytmu, lecz całego systemu — maszyny, procedury operatora i sposobu zarządzania kluczami. Poprawa jednego z tych elementów może unieważnić kosztowne narzędzie przeciwnika.
Polska bomba a brytyjska Bombe
Po przekazaniu polskiego dorobku aliantom Bletchley Park musiało radzić sobie z nowymi wersjami procedur i rosnącą skalą ruchu. Turing i Welchman opracowali brytyjską Bombe opartą na innym rodzaju zależności, wykorzystującym przewidywany fragment tekstu jawnego, czyli crib. Nie należy więc przedstawiać brytyjskiej maszyny jako prostej kopii polskiej bomby ani polskiej jako gotowej wersji późniejszej konstrukcji. Historyczne powiązanie polega na przekazaniu wiedzy i doświadczeń oraz na wspólnej idei mechanizowania wyszukiwania kluczy.
Mechanizacja nie oznaczała pełnej automatyzacji
Bomba nie zastępowała kryptologa. Człowiek musiał zrozumieć procedurę Enigmy, znaleźć cechę możliwą do wykorzystania, przygotować konfigurację urządzenia, a następnie sprawdzić wyniki i przeprowadzić dalszą analizę. Maszyna przejmowała przede wszystkim powtarzalne testowanie wielu ustawień. Ten podział pracy jest zaskakująco współczesny: algorytm i sprzęt przyspieszają dobrze zdefiniowany etap, ale sens problemu, dobór danych oraz interpretacja wyniku pozostają zadaniem analityka.