Ontwikkeling van Enigma

Toen begin 1900 het gebruik van draadloze communicatie toenam voor zowel militaire als civiele toepassingen werd de noodzaak duidelijk om op een veilige manier gegevens te kunnen versturen. Men ging op zoek naar een alternatief voor de omslachtige handcijfers, het vercijferen van berichten met pen en papier. In 1917 ontwikkelde de Amerikaan Edward Hugh Hebern een codeermachine met roterende schijven waarbij elke schijf een polyalfabetische substitutie uitvoerde. Hebern lag daarmee aan de basis van verscheidene gelijkaardige toestellen die rond dezelfde periode werden ontwikkeld.

De Duitse ingenieur Arthur Scherbius vroeg in 1918 patent aan voor een codeermachine met rotors en noemde deze de Enigma. Hij richtte met zijn vennoot de firma Scherbius & Ritter op. De Duitse Marine en het ministerie van Buitenlandse Zaken werden benaderd, maar toonden geen interesse. De patenten gingen in 1923 over naar Chiffriermaschinen AG, waar Scherbius in de directie zetelde. In 1927 kocht Scheribus het patent uit 1919 voor een gelijkaardige machine over van de Nederlander Koch, om zijn eigen patent, dat pas in 1925 was toegekend, veilig te stellen.

Het eerste toestel, de Enigma A, werd in 1923 voorgesteld. Het was een log toestel dat voorzien was van een schrijfmachine en ongeveer 50 kg woog. Korte tijd later werd ook de Enigma B geintroduceerd. Vanwege hun gewicht en afmetingen waren deze toestellen onbruikbaar voor militaire doeleinden. De ontwikkeling van de reflector, een idee van Scherbius’ collega Willi Korn, maakte de ontwikkeling mogelijk van de veel compactere Enigma C. Dit toestel was uitgerust met gloeilampen in plaats van een schrijfmachine en was daardoor veel kleiner en lichter. In 1927 kwam zijn opvolger Enigma D op de markt en werd gecommercialiseerd in verschillende versies met verschillende rotorbedradingen.. De Enigma D had drie rotors en een reflector die instelbaar was in één van de 26 posities.

De toestellen werden verkocht in Europa en ver daarbuiten aan militaire diensten en diplomatie. Het berichtenverkeer van al deze modellen werd door verscheidene inlichtingendiensten gebroken, vooral door de beperkte veiligheid vanwege het gebrek aan een stekkerbord, een militaire optie die pas in 1935 geïntroduceerd werd. De Italiaanse marine gebruikte de commerciele Enigma D, net als Spanje tijdens de Spaanse burgeroorlog. In Zwitserland werd de Enigma K gebruikt, een licht gewijzige versie van de Enigma D. Japan gebruikte de Enigma T, ook wel Tirpiz Enigma genoemd, een aangepaste Enigma D met gewijzigde bedrading van de ingangsrotor. Japan ontwikkelde ook een eigen versie van de Enigma T, met horizontaal geplaatste rotors. Zowel de K als T modellen waren niet bestand tegen de codebrekers. De Spoorweg Enigma, nog een kloon van de Enigma D en gebruikt door de Duitse Reichsbahn in Oost Europa, is deels gebroken vanaf 1941.

De code gebroken

Toen de Wehrmacht het stekkerbord introduceerde op de militaire Enigma, verhoogde het aantal mogelijke instelling tot astronomische properties. Er werd algemeen aangenomen dat deze militaire Enigma, in tegenstelling to de commerciële types, onbreekbaar was. Er werden zelfs geen pogingen ondernomen. In 1932 startte het Poolse Biuro Szyfrow met pogingen om Enigma te analyseren en te breken. Hoewel het hoofd van dit bureau kopies ontving van codeboeken, verkocht door de Duitse spion Hans-Thilo Schmidt, voorzag hij zijn codebrekers niet van deze informatie, om hen te stimuleren. Marian Rejewski, Henryk Zygalski en Jerzy Rozicki waren er van overtuigd dat wiskunde het probleem kon oplossen en slaagden er inderdaad in om met Enigma vercijferde berichten te breken. Ze bouwden ook een electromechanische machine, Bomba genoemd, om het werk te versnellen. Het dubbel verzenden van de berichtensleutel door Duitse operatoren bleek de zwakke schakel te zijn, waardoor de Poolse cryptologen een kier vonden in Enigma's veiligheid. In 1939 waren de Polen echter niet langer in staat Enigma te breken door verbeteringen aan Enigma, wijzigingen in de verzendingsprocedures en gebrek aan financiële middellen. Vlak voor de Blitzkrieg en de val van Polen werd de kennis van het Biuro Szyfrow samen met enkele Enigma replica's overgedragen aan de onthutste Franse en Britse inlichtingendiensten. Het werk van de Polen was niet alleen van vitaal belang omwille van hun pionierswerk maar ook omdat het de andere codebrekers overtuigde dat het wel degelijk mogelijk was om het Enigma berichtenverkeer te ontcijferen.

Bletchley Park

De Government Code and Cipher School (GC&CS) in het Engelse Bletchley Park brak Enigma aanvankelijk met de hand. Bletchley Park werd al gauw een bonte verzameling van wiskundigen, universitairen, militaire cryptologen en zelfs verwoedde puzzelaars. Iedereen met talent om codes te breken werd ingezet op deze topgeheime locatie. In augustus 1940 startten ook zij met het gebruik van hun eigen Bombe, ontworpen door Alan Turing en Gordon Welchman. Dit was ook een electromechanische rotormachine maar werkte volgens een heel ander princiepe als het Poolse toestel.

De Turing Bombe zocht naar de Enigma instellingen die hoorden bij een opgegeven combinatie van cijfertekst en klare tekst. Als een Enigma bericht onderschept was zochten de codebrekers naar zogenaamde "cribs". Een crib was een vermoedde stukje klare tekst binnen een gecodeerd bericht. Dit kon "An Der Oberbefehlshaber", "An Gruppe", "Es Lebe Den Fuhrer" of elk ander stukje gestandariseerde tekst zijn. Eens zo'n crib gelokaliseerd (daar had men speciale technieken voor) werden de associaties tussen de letters van de gecodeerde tekst en hun klare versie ingesteld op de Bombe. De Bombe, die een groot aantal rotors bevat die elk de rotors van de Enigma nabootsten, liep dan door alle mogelijke instelling die die bij de opgegeven lettercombinaties hoorde, om zo de Enigma instellingen te vinden. Eens deze instellingen gevonden konden alle berichten, gecodeerd met die sleutel, ontcijferd worden.

Alle informatie, verkregen door cryptoanalyse van het Duitse berichtenverkeer, kreeg de codenaam Ultra en speelde een zéér belangrijke en dikwijls beslissende rol gedurende de ganse oorlog. Ultra bleek vooral succesvol in de Atlantische Oceaan. Om geen achterdocht te wekken bij het Duitse leger werd de Ultra informatie zéér voorzichtig ingezet. In alle hoofdkwartieren van de geallieerden en op het terrein werden speciale verbindingsofficieren geplaatst die verantwoord konden omgaan met het doorspelen van de informatie. Die werd trouwens enkel gebruikt indien deze daarna ook nog door andere bronnen kon bevestigd worden. Dit om vermoedens van compromittering volledig uit te sluiten.

De Kriegsmarine

In het begin van de oorlog was de Duitse Kriegsmarine zeer succesvol in het toepassen van hun rüdel-taktik (wolvenroede-taktiek) door hun gevreesde duikboten, de U-boten. Zij joegen individueel op konvooien en eens gevonden, riepen zij andere U-boten op het toneel om het hele konvooi tot zinken te brengen met een goed gecoördineerde aanval. Deze techniek was zo vernietigend voor de geallieerde bevoorrading dat de oorlog bijna werd beslist in het voordeel van Duitsland. Communicatie was het sleutelwoord voor de rüdeltaktik en de U-boten gebruikten Enigma om hun aanvallen de coördineren. Meer over de Kriegsmarine verzendingsprocedures vind u op de enigma procedures en Kurzsignalen pagina's. Na een moeilijke beginperiode kon Bletchley Park de berichten vrijwel dagelijks breken. De teruglopende resultaten van zijn U-boten maakten Admiraal Dönitz achterdochtig. Ondanks geruststelling van zijn inlichtingendiensten dat Enigma onbreekbaar was drong hij toch aan op verbetering van de veiligheid. Begin 1942 werd de beruchte 4-rotor Enigma machine, de M4, met Triton codes geïntroduceerd in de Kriegsmarine. De gecompliceerde 'Haai-codes", zoals de Britten ze noemden, veroorzaakten een grote crisis in Bletchley Park. De Kriegsmarine noemde de lente van '42 dan ook de "Glücklichen Zeiten" omdat de geallieerden hun U-boot-berichten niet konden ontcijferen en een enorm tonnage aan schepen tot zinken gebracht werd. Meer details op Enigma en de U-boot Oorlog.

Het tij gekeerd

De codebrekers ontdekten door cryptoanalyse dat een vierde rotor geïntroduceerd was. Na tien zenuwslopende maanden en zware verliezen lukte Bletchley Park er in de Haai codes te breken. Dit was ondermeer mogelijk door codeboeken, in beslag genomen door de Britse Navy bij de entering van zwak verdedigde Duitse weerschepen , en aanvallen op U-boten zoals de aanval op Kapitanleutenant Heidtmann's U-559 door HMS Petard. Er werden nieuwe Bombes ontworpen en tegen eind '43 werden bovendien nog eens 50 vier-rotor Bombes in gebruik genomen door de Amerikaanse Navy. Het tij van de U-boot-oorlog was nu definitief gekeerd. Op enkele korte periodes na werd het volledige Duitse berichtenverkeer onderschept door een groot aantal luisterstations, Y-stations genoemd, en gebroken in Bletchley Park, dat op zijn piek meer dan 7000 personeelsleden telde. Het elite speerpunt van de Kriegsmarine werd gedecimeerd en dit eiste een zeer zware tol onder de U-boot bemanningen. Naar schatting 700 U-boten en 30.000 bemanningsleden gingen verloren op zee. Het Duitse commando schreef de grote verliezen bij hun U-boten toe aan de invoering van betere geallieerde opsporingstechnieken zoals het ASDIC sonar systeem en duikboot-opsporingsvliegtuigen. De tegenvallende successen van de overgebleven U-boten werden toegeschreven aan de invoering door de geallieerden van konvooivaren, begeleid door destroyers, de gevreesde duikbootjagers.

Alle verbeteringen die door de Duitse cryptologen werden ingevoerd om de veiligheid van de Enigma machine te verhogen werden tenietgedaan door de codebrekers. De introductie van de instelbare D reflector, met een andere bedraging elke tien dagen, bleek een zeer groot probleem voor de codebrekers. Een algemeen gebruik van de D reflector zou het breken van de sleutel vijf tot tien dagen vertragen, waardoor tactische informatie nutteloos werd. Zonder D reflector werden de sleutels doorgaans binnen 24 uur gebroken. Gelukkig verhinderden logistieke problemen veralgemeend gebruik van de programeerbare reflector binnen alle gelederen van het Duitse leger. Er was ook veel verzet bij de Duitse operators zelf, vanwege het omzichtige instellen van de D reflector in tactische situaties. Hierdoor werd beslist om het gebruik van de standaard B reflector te behouden en de D reflector enkel te gebruiken voor belangrijke berichten in bepaalde radionetten, en dit met dezelfde basisinstellingen voor rotors en stekkerbord. Met de sleutels van machines met B reflector echter reeds gebroken dienden de codebrekers enkel nog de bedrading van de D reflector te achterhalen. Een werk dat met de hand kon gedaan worden. Het fatale gemengde gebruik van zowel de B als D reflector liet de codebrekers toe om de zo gevreesde, met D reflector vercijferde, berichten toch te breken. De Enigma Uhr (klok), gebruikt door de Luftwaffe, was een andere nutteloze poging om de veiligheid van de Enigma te verbeteren. De Enigma Uhr was een schakelaar die de kabels van het stekkerbord verving en 40 verschillende bedradingen mogelijk maakte. Het unieke ontwerp van de Gealliëerde Bombes, gebruikt om de sleutelinstellingen uit te vissen, omzeilde sowieso de bedrading van het stekkerbord. De Enigma Uhr had daardoor weinig tot geen effect op de resultaten van de codebrekers.