Jak permutacje skróciły II wojnę światową

88 lat temu, w grudniu 1932 r. polscy matematycy: Marian Rejewski, Jerzy Różycki i Henryk Zygalski złamali kod Enigmy. Wzbudziło to kilka lat później podziw Francuzów i Anglików oraz zdaniem znawców przyczyniło się do skrócenia II wojny światowej o co najmniej dwa lata, oszczędzając życie milionów ludzi.

Po sukcesie w wojnie w1920 r. (MK 7/2020 str. 31/32) polscy kryptolodzy cały czas rozwijali swoje umiejętności nie zaniedbując kontaktu z naukowcami. W 1928 r. ośrodki polskiego radiowywiadu straciły możliwość odczytywania niemieckich depesz wojskowych. Zaczęto podejrzewać, że szyfrowano je maszynowo. Zwrócono się do prof. Zdzisława Krygowskiego, matematyka z Uniwersytetu Poznańskiego z prośbą o polecenie dwudziestu najzdolniejszych studentów. Mieli dysponować wiedzą matematyczną, znać świetnie język niemiecki i wykazywać się dyskrecją. Zorganizowano dla nich tajny kurs prowadzony przez por. M. Ciężkiego, mjra F. Pokornego oraz inż. A. Pallutha. Uczestnicy kursu: Marian Rejewski, Jerzy Różycki i Henryk Zygalski zostali potem zatrudnieni w Biurze Szyfrów do rozkodowywania niemieckich depesz. Ta decyzja, jak się potem okazało, była przełomowa dla przebiegu II Wojny Światowej.

Nasi kryptolodzy mieli rację. W Niemczech pojawiło się urządzenie szyfrujące nazwane Enigma, czyli zagadka. Armia niemiecka została wyposażona w najsilniejszą maszynę szyfrująca na świecie umożliwiającą zachowanie tajności przesyłanych wiadomości. Jej konstruktorem był Artur Scherbius, który nie dożył sukcesu swego dzieła. Enigma przypominała maszynę do pisania, ale oprócz klawiatury z 26 klawiszami miała jeszcze trzy do ośmiu bębnów szyfrujących też z 26 znakami, łącznice kablowe umożliwiające zamianę liter i lampki informujące o tej zamianie. Dodatkową trudność stanowiło tzw. szyfrowanie polialfabetyczne. To znaczy, że ta sama litera w różnych miejscach meldunku była zamieniana za każdym razem na inną. Na przykład pierwsza litera A mogła być zamieniona na Z, druga na T itd.

Tylko trzy obracające się bębny już dawały dużą ilość możliwości podstawień liter 263 = 17576. A cały zestaw liczbę ustawień, którą trudno sobie wyobrazić – 158 962 555 217 826 360 000! To prawie 159 trylionów! Wydaje się niemożliwe złamanie takiego szyfru i na to liczyli Niemcy. Widać też, że nie bez powodu zaangażowano matematyków do pracy nad rozkodowaniem. Przecież szyfrowanie to nic innego tylko podstawianie za literę innej litery, czyli ich „wymieszanie”, zmiana kolejności lub po prostu permutacja.

Nie wdając się w ścisłą definicję matematyczną, permutacje, które pojawiły się w tytule można traktować jako zmienianie kolejności elementów. Bierzemy na przykład trzy litery: a,b,c i ustawiamy je w różnej kolejności – (a,b,c), (a,c,b), (b,a,c), (b,c,a), (c,a,b) i (c,b,a). Możliwych ustawień jest zawsze tyle, ile wynosi iloczyn od 1 do liczby elementów, które ustawiamy. Dla trzech jest to 1∙2∙3 = 6, ale dla dziesięciu to już duża liczba 1∙2∙ … ∙10 = 3628800, a co dopiero dla 26 liter?

Jak ważna była dla Niemców Enigma okazało się w styczniu 1929 r., kiedy to ambasada niemiecka poprosiła Urząd Celny o zwrot do Niemiec bardzo ważnej, a omyłkowo wysłanej stamtąd do Warszawy paczki. Gorliwość Niemców wydała się podejrzana celnikowi, który ich zbajerował mówiąc, że jest sobota, bardzo zimno i zaraz po niedzieli paczka zostanie odszukana. Po czym poinformował wywiad wojskowy, a wywiad radiowców. Przesyłka trafiła do kierowanej przez Pallutha fabryki AVA, współpracującej z wywiadem. Paczka zawierała Enigmę, którą rozmontowano i sprawdzono jak działa. Następnie złożono, zapakowano i poinformowano Niemców, że przesyłkę odnaleziono. Niestety była to dostępna na rynku wersja komercyjna Enigmy, ale ważną informacją była nadwrażliwość Niemców na jej punkcie.

Informacje o Enigmie dotarły oczywiście również do Francji i Wielkiej Brytanii. W 1931 r. Schmidt, francuski agent w armii niemieckiej dostarczył kpt. Bertrandowi instrukcje wojskowej Enigmy. Pomimo znakomitych kryptologów, Francuzi z Section du Chiffre i Brytyjczycy z MI6 uznali te informacje za kompletnie nieprzydatne. Bertrand wierząc w możliwości Polaków przekazał je szefowi polskiego Biura Szyfrów Gwidonowi Langerowi, który uznał je za bardzo cenne. Wkrótce Polacy otrzymali kolejne informacje o Enigmie. Przekazano to wszystko Rejewskiemu. Układał on równania, w których niewiadomymi były permutacje, czyli podstawienia. Możliwości było gigantycznie dużo – liczba z 27 cyframi!, ale pomogła metodyczność Niemców, którzy wybrali dość proste rozwiązanie. Zagadka Enigmy została rozwiązana! Wkrótce dołączyli do niego Różycki i Zygalski. Było to w grudniu 1932 roku.

Oprócz wiedzy, zdolności i odrobiny szczęścia pomogły też głupota, lenistwo lub brak fantazji Niemców, którzy na początku depesz umieszczali zawsze trzy kolejne lub takie same litery n.p. ABC, QQQ.

Nasi kryptolodzy wymyślili również skuteczne urządzenia i metody pomagające i przyspieszające łamanie szyfrów. Komputerów jeszcze wtedy nie było, ale skoro szyfrowała maszyna, to Polacy skonstruowali maszynę pomagającą w odszyfrowaniu. Posiadali też kopię wojskowej Enigmy zbudowaną przez fabrykę AVA. Depesze niemieckie były odczytywane tylko przez Niemców i … przez Polaków. Niemcy ciągle zmieniali ustawienia, modyfikowali Enigmę, ale nasi kryptolodzy zawsze szybko potrafili znaleźć rozwiązanie umożliwiające dekryptaż.

Kryptolodzy byli bardzo dobrze opłacani, ale wszystko co robili było ściśle tajne. Jak tajne to były działania, świadczy rozmowa Jerzego Różyckiego z matką Wandą, która zadała synowi pytanie – Z czego ty Jerzy żyjesz, gdzie pracujesz? Skąd masz pieniądze na drogie garnitury i wczasy w Alpach francuskich? Jerzy odpowiedział: Nie mogę ci mamo powiedzieć teraz, gdzie pracuję i u kogo, ale nie kradnę i nie zabijam nikogo, ale kiedyś, gdy się dowiesz co robię to będziesz ze mnie bardzo, bardzo DUMNA! A może wręcz dumna będzie ze mnie nawet cała Polska!

Pod koniec 1938 roku Niemcy zaczęli zmieniać procedury i parametry Enigmy. Zdaniem agentów świadczyło to o bliskim wybuchu wojny. Utrudniło to też dekryptaż. Liczba rozszyfrowanych depesz spadła z 75% do 10%. Potrzebne były nowe urządzenia, a na nie duże pieniądze lub współpraca z Francuzami i Brytyjczykami. Biuro Szyfrów zdecydowało się przyjąć zaproszenie Bertranda na spotkanie z Francuzami i Brytyjczykami w Paryżu w styczniu 1939 roku. Na spotkaniu tym Francuzi przekazali część swoich ustaleń, Brytyjczycy, jak zwykle wyniośli i niegrzeczni, uznali znudzeni, że wiedzą lepiej, a nasi kryptolodzy „trzymali karty przy orderach” badając wiedzę i możliwości potencjalnych partnerów.

Kolejne i ostatnie spotkanie odbyło się w Warszawie pięć tygodni przed wybuchem wojny. Bez umizgów i gry wstępnej Ciężki wyłożył karty na stół informując, że Enigma została złamana i to lata temu. Polacy dokonali tego dzięki czystej matematyce! Francuzi i Brytyjczycy zamarli ze zdziwienia. Byli dalej w szoku, gdy Rejewski, Różycki i Zygalski prezentowali im urządzenia i metody jakimi się posługiwali. Szef Brytyjczyków Knox, lingwista z wykształcenia, uważał, że twierdzenia Polaków o wykorzystaniu matematyki są absurdalne. Ostatecznie goście „kupili” polskie rozwiązania i wyjechali z Warszawy z całą masą informacji, a także z kopiami wojskowej wersji Enigmy. Knox przesłał do Polski szalik ze sceną z wyścigów konnych w dowód uznania Polaków za zwycięzców wyścigu. Uznał również za sensowne zatrudnienie Alana Turinga, któremu przekazał to czego dowiedział się w Warszawie. Był to matematyk od niedawna zatrudniony jako rezerwowy pracownik zespołu kryptologów. Dzisiaj Turing jest uważany za jednego z ojców informatyki i sztucznej inteligencji.

Po wybuchu wojny, 5 września 1939 r. trójkę kryptologów ewakuowano z Pyrów, gdzie mieściła się siedziba Biura Szyfrów, niszcząc oczywiście uprzednio wszelaką dokumentację ich pracy. Przez Brześć dostali się do Rumunii. Brytyjczycy nie chcieli pomóc, ale znajomość z Bertrandem otwierała wszelkie drzwi we francuskiej ambasadzie. Francuzi „załącznikiem” w postaci banknotu przekonali rumuńskie władze i wkrótce kryptolodzy wyjechali do Francji. We Francji stali się obiektem przetargu między Brytyjczykami i Francuzami. Ostatecznie pozostali we Francji pracując we francusko-polskiej jednostce wywiadu PC Bruno nieopodal Paryża, która współpracowała z Brytyjczykami z Bletchley Park. Po raz kolejny złamano kod Enigmy. Po upadku Francji nasi kryptolodzy pracowali w ośrodku PC Cadix nad dekryptażem szyfrów w niemieckiej łączności telegraficznej. Przebywali na zmianę w Algierii i w nieokupowanej części Francji – Państwie Vichy. Jerzy Różycki zginął wraz z innymi Polakami na Morzu Śródziemnym 9 stycznia 1942 roku podczas powrotu z Algieru do ośrodka PC Cadix. Statek pasażerski Lamoricière, którego był pasażerem, zatonął w tajemniczych okolicznościach w pobliżu Balearów. W 1942 r. ośrodek Cadix był namierzany przez Niemców i została podjęta decyzja o ewakuacji personelu. Rejewski i Zygalski pomimo oszukania i okradzenia przez przewodnika, przedostali się przez Pireneje do Hiszpanii. Potem przez Portugalię do Wielkiej Brytanii. Tam podjęli pracę w jednostce radiowej Sztabu Naczelnego Wodza Polskich Sił Zbrojnych przy łamaniu kodów SD i SS. Brytyjski kryptolog Alan Stripp stwierdził, że  przydzielenie ich do tych prac było tym samym, co używanie koni wyścigowych do ciągnięcia wozu.

Pracami nad dekryptażem Enigmy zajmowali się, korzystając z polskich doświadczeń, już tylko Brytyjczycy w Bletchley Park i Amerykanie Brytyjski wywiad wojskowy oznaczył Enigmę kryptonimem ULTRA, czyli wyższy niż najtajniejszy. Polaków, którzy przecież jako pierwsi złamali niemieckie kody wyłączono z tych prac.

Marian Rejewski po zwolnieniu ze służby w wojsku polskim w Wielkiej Brytanii, wrócił do Polski. W latach 1949–1958 był inwigilowany przez Urząd Bezpieczeństwa Publicznego i Służbę Bezpieczeństwa,. Był człowiekiem spokojnym i ostrożnym, a także bardzo dyskretnym i poza faktem jego pracy w Biurze Szyfrów Oddziału II Sztabu Głównego Wojska Polskiego, nie było wiadomo prawie nic na temat jego wojennych losów i pracy nad Enigmą. Po przejściu na emeryturę Rejewski napisał wspomnienia, w których ujawnił swój udział w złamaniu najtajniejszego niemieckiego szyfru. W 1973 ujawniono po raz pierwszy informację o udziale Polaków w rozszyfrowaniu Enigmy. Od tego momentu zaczął oficjalnie pisać artykuły o Enigmie. Hobbystycznie złamał też szyfr tajnej korespondencji między Józefem Piłsudskim, a jego towarzyszami partyjnymi z PPS prowadzonej w 1904 roku. Zmarł w 1980 roku i został pochowany z wojskowymi honorami na Cmentarzu Wojskowym na Powązkach w Warszawie.

Henryk Zygalski po wojnie pozostał na emigracji w Wielkiej Brytanii, gdzie uczył matematyki w prowincjonalnej szkole. Po śmierci w 1978 r. jego skremowane prochy rozsypano w Ogrodzie Pamięci w Chichester. Dwa lata temu w 2018 r.. na cmentarzu w Chichester postawiono pomnik, na którym widnieje napis „Syn narodu polskiego, poddany brytyjski. Matematyk, kryptolog, złamał szyfry niemieckiej Enigmy w 1933 r., twórca Płacht Zygalskiego”

Cała trójka została w 2000 r. pośmiertnie odznaczona Krzyżem Wielkim Orderu Odrodzenia Polski w uznaniu wybitnych zasług dla Rzeczypospolitej Polskiej. Do licznych upamiętnień naszych wybitnych kryptologów 6 września 2019 r. dodano kolejne. W podziemiach kościoła Świętych Piotra i Pawła w Krakowie, w Krypcie Panteonu Narodowego, złożono w sarkofagu urny z ziemią z miejsc związanych z ich śmiercią lub pochówkiem.

Były kryptolog z brytyjskiego ośrodka dekryptażu w Bletchley Park, Gordon Welchman stwierdził po wojnie, że pracownicy zajmujący się łamaniem kodu Enigmy Wehrmachtu i Luftwaffe nigdy nie ruszyliby z miejsca, jeżeli by nie uzyskali od Polaków, w ostatnim możliwym momencie, szczegółów wojskowej wersji Enigmy, oraz sposobu jej obsługi.

Sir Dermot Turing, bratanek Alana Turinga miał w 2019 r. w Krakowie spotkanie z okazji 100 lecia Polskiego Towarzystwa Matematycznego. Jest on autorem świetnej książki „XYZ Prawdziwa historia złamania szyfru Enigmy”, o której pisze „Książka ta mówi zatem o tych ludziach, a jej celem jest przywrócenie im należnego im miejsca w historii”.

Zbigniew Durczok