Під час Другої світової війни всі воюючі країни витрачали величезні зусилля на шифрування власних радіограм і дешифрування ворожих. Один з основних способів шифрування — заміна одних літер іншими. Приміром, не мудруючи, можна замість букви «А» писати «Б», замість «Б» — «У» тощо до «Я», яку потрібно замінити літерою «А». Звичайно, такий шифр зможе розгадати будь-який п’ятикласник. Проте якщо використовувати випадковий вибір замінної букви, то процес розшифровування істотно ускладниться.
Пригадаємо відоме оповідання Едгара По «Золотий жук». Його головний герой Вільям Легран знайшов клаптик пергаменту, на якому було шифроване послання піратів про місце зберігання скарбів. Замість букв у записці вживалися цифри й значки, цифра 8 — 34 рази, крапка з комою — 27 разів, дужка — 16. Намагаючись розшифрувати повідомлення, Легран врахував, що найуживаніша літера в англійській мові — «Е», за нею йдуть «А», «О», «I», «Н». Отже, можна було припустити, що цифра 8 — це і є буква «Е». А далі, використовуючи зазначений принцип і ще деякі лінгвістичні особливості англійської мови, Легран успішно розшифрував послання піратів і заволодів традиційною скринею з золотом.
Тут слід підкреслити, що для такого розшифрування текст має бути досить великим. У короткому повідомленні статистичні особливості мови можуть не виявитися. Приміром, зашифрувавши описаним на початку статті «дитячим» способом одне дуже поширене послання з п’яти букв, ми отримаємо «МЯВМЯ». Герой Едгара По, використовуючи свій метод частоти вживання букв, певне не здогадався б, що це нявкаюче послання означає «ЛЮБЛЮ». Адже буква «Л» вживається не надто часто, а буква «Ю» — ще рідше.
Проте любовне послання неважко зашифрувати й хитріше. Можна домовитися, що до номера кожної літери вашого повідомлення ви додаватимете номер букви з певного, заздалегідь вибраного тексту.
Припустимо, що таким текстом є ХVII розділ III частини 1-го тому «Війни і миру». Ось початок зазначеної глави: «Князь Андрій верхи зупинився на батареї, дивлячись на дим гармати, із якої вилетіло ядро...» А тепер ще раз зашифруємо цим способом наше «ЛЮБЛЮ».
Номери букв зазначеного слова будуть 12, 31, 2, 12, 31. Аналогічно номери букв, що становлять слово «князь», дадуть 11, 14, 32, 8, 29. Тоді номером першої букви зашифрованого тексту має бути 23 (12 + 11), другої — 45 (31 + 14), третьої — 34, четвертої — 20 і п’ятої — 60.
З першою все зрозуміло: двадцять третя буква — це «Ц». А як бути з 45-ю? Дуже просто — пройшовши всі 32 букви алфавіту, продовжимо лічбу. У цьому разі сорок п’ятою виявиться буква «М». Використовуючи цей нехитрий прийом, знайдемо, що третю букву повідомлення треба позначити буквою «Б», четверту — «У» і п’яту — «И». В результаті замість трепетного «ЛЮБЛЮ» вийде таке, що й не вимовиш, — «ЦМБУИ». Проте вашого послання не зрозуміє ніхто, крім коханої жінки. Та й то лише з допомогою другого примірника «Війни і миру».
Вашій коханій доведеться попітніти, щоб відтворити початковий текст. З кожної букви шифровки треба відняти відповідну букву з ХVII розділу роману. Та якщо вже вона це проробить, то з приводу глибини її почуття можна буде не сумніватися.
А тепер від жартів перейдемо до серйозних речей, від яких у роки війни могли залежати тисячі й тисячі життів.
З наведених вище прикладів зрозуміло, що бажано мати можливість автоматичного кодування і декодування повідомлень. До таких спроб вдавалися неодноразово. Ще 1919 року Х’юго Кох запатентував шифрувальну машину. Патент придбав німецький інженер Артур Шербіус, який 1923 року випустив першу партію шифрувальних машин. Називалися вони «Енігма» (грецьке слово, що означає «загадка»). Машини були досить простими й використовувалися для шифрування секретних комерційних повідомлень. Незабаром одну з таких машин придбало військове відомство Німеччини, і після значного вдосконалення її стали широко використовувати у збройних силах.
«Енігма» розміром і зовнішнім виглядом скидалася на друкарську машинку. На її передній панелі містилося 26 клавіш (за кількістю літер латинського алфавіту). Тут-таки містилися і 26 отворів, в одному з яких загорялася лампочка під час кодування якоїсь літери. Принцип кодування полягав у вже відомій нам заміні букв тексту, який шифрується, іншими буквами. Проте літери початкового тексту і шифровки не мали між собою постійного зв’язку, у чому й полягала найважливіша особливість «Енігми».
Машина складалася з трьох обертових барабанів, на кожному з яких містилося 26 букв, причому вони були і в лівій, і в правій частині барабана. Зазначені букви були з’єднані певним чином провідниками. Крім того, провідники з’єднували перший барабан із другим, а другий — із третім.
Розглянемо дуже спрощено процес шифрування. При натисканні якоїсь букви на клавіатурі, приміром «А», струм ішов до з’єднаної з нею іншої букви, скажімо «Л». Потім струм надходив на другий барабан, припустимо до букви «Т», від неї до «X», потім на третій барабан до «В» і далі до «У». У результаті при натисканні клавіші «А» загорялася лампочка у віконці «У». Її-то й потрібно було записати в шифровку замість «А». При наступному натисканні на яку-небудь клавішу перший барабан зсувався на одну позицію, й кодування будь-якої літери змінювалося.
Після 26 зсувів першого барабана зміщався на одну позицію і другий барабан. Аналогічно після 26 зсувів другого зміщувався і третій. А всього три барабани забезпечували 17576 (двадцять шість у кубі) різних положень. Таким чином, кожна наступна буква шифрувалася по-новому, що й було головною перевагою «Енігми».
Щоб прочитати послання, адресат мусив мати таку саму «Енігму», але включену на дешифрування. Тепер уже при натисканні клавіші «У» загорілася б лампочка, яка відповідає літері «А», яку й слід було записати як першу букву розшифрованого повідомлення. Проте треба мати на увазі, що правильне дешифрування тексту можливе лише в тому випадку, коли початкові положення всіх трьох барабанів першої і другої «Енігми» збігатимуться. Зазначені початкові положення, однакові для цілої групи машин, задавалися спеціальними шифрувальними таблицями й змінювалися щодня (а в розпал війни — навіть тричі на добу). Усього в гітлерівській армії використовувалися десятки тисяч машин «Енігма», кодовані повідомлення яких вермахт вважав такими, що не піддаються розшифруванню.
Проте німці переоцінювали свою «Загадку». Починаючи ще з 1932 року польське бюро шифрів посилено займалося «Енігмою». Блискучі математики Маріан Раєвський і Єжи Рожицький опрацьовували чимало сотень німецьких радіограм, перехоплених польською розвідкою. Допоміг їм і польський шпигун Ганс Шмідт, який служив у Берліні у відділі шифрів німецької армії. Передані ним робочі інструкції та шифрувальні таблиці «Енігми» істотно полегшили польським фахівцям розгадку електричної схеми машини. А визначивши схему, поляки змогли побудувати й кілька копій «Енігми».
1939 року, лише за два тижні до початку Другої світової війни, поляки передали по одній машині своїм британським і французьким союзникам. Незабаром німці окупували Польщу. Чимало працівників бюро шифрів були заарештовані й знищені. Проте ніхто з них жодним словом не обмовився, що таємниця німецької «Енігми» розгадана.
Роботу було продовжено у Великобританії. Спеціальна служба «Ігрек» і багато радистів-добровольців перехоплювали німецькі радіограми й передавали їх до урядового центру зв’язку. Під цією скромною назвою ховалася потужна організація, в якій працювало близько десяти тисяч чоловік.
Швидкість розшифровування німецьких документів коливалася від кількох хвилин до десятків годин. Природно, що в умовах війни розшифрування будь-якого наказу через добу найчастіше не мало сенсу — удару могли вже завдати. Для прискорення результату англійці використовували різноманітні методи й хитрощі — від складних математичних теорій до врахування індивідуальних звичок конкретних німецьких шифрувальників використовувати певні три літери на початку повідомлення. Саме в цих буквах і було зашифроване початкове положення трьох барабанів «Енігми». Нерідко розгадку прискорював гаданий підпис, можливий заголовок документа чи його вступна фраза.
У ході війни німці вдосконалили свою шифрувальну машину, збільшивши кількість барабанів до чотирьох. Це значно ускладнило процес дешифрування, але робота тривала вдень і вночі.
У травні 1941 року англійцям дуже пощастило — вдалося захопити підводний човен U-110 разом з його «Енігмою». Це дозволило значно підвищити ефективність боротьби з німецькими підводними човнами в Атлантиці.
1943 року був побудований дуже примітивний, за нинішніми мірками, комп’ютер «Колос», який аналізував букви шифрограм із швидкістю 5 тис. знаків на секунду. Темпи розшифровування зросли, його результати стали регулярно повідомлятися вищому командному складу Великобританії, Америки, а інколи й Росії. При цьому, аби не злякати німців, вдавали, що інформація отримана секретними агентами.
Інколи недооцінка розшифрованих даних призводила до тяжких втрат. Приміром, був знищений повітряний десант союзників в Арнемі, оскільки командування не взяло до уваги розшифровану радіограму, яка вказувала на наявність у цьому районі двох танкових дивізій противника.
Особливо велику роль перехоплення шифрограм зіграло у Північній Африці, в Італії і, звичайно, при висадці у Франції 1944 року. Союзники вчасно довідувалися про розташування, чисельність і переміщеннях військ противника, що дозволяло їм виконувати бойові завдання з максимальною ефективністю і мінімальними втратами.
Та не слід забувати, що за всіма цими успіхами стояли багаторічні самовіддані зусилля цілої армії математиків, лінгвістів, радистів та інших працівників невидимого фронту.