Kategoriler
Bilim & İnsan

Enigma nasıl kırıldı? Hikayesi ve makinenin çalışma sistemi

Enigma üstüne iki bölümlük bir yazı okuyacaksınız. İlk bölümde Enigma'nın ortaya çıkış süreci ve ilerleyen bölümde Enigma'nın kırılma hikayesi ele alınıyor. Ayrıca Enigma benzeri cihazlar hakkında da bu linkte bilgiler bulabilirsiniz. Şimdi II. Dünya Savaşı'nın en güçlü şifreleme cihazı Enigma neydi ve nasıl kırıldı? sorusuna geçebiliriz. Enigma, Alman ordusu tarafından kullanılmaya başlanmasıyla birlikte kesinlikle kırılması olanaksız bir sistem olarak görüldü. Ticari olarak alınıp satılan makinenin bazı çeşitleri Almanya'nın eski düşmanlarının elinde olsa da, askeriyedeki makinenin ve kod listelerinin işleyişi bilinmiyordu. Ancak 1931'de Fransız gizli servisi muhalif bir Alman savaş gazisi olan Hans-Thilo Schmidt'ten makinenin tasarımlarını gösteren kopyalar ve günlük kod listesi kitaplarını satın aldı. Schmidt sonraki birkaç yıl boyunca da günlük kod ayrıntılarını sağlamaya devam etti. Ne var ki Fransızlar bunlardan pek az faydalandı. Kapıyı açansa Polonya oldu.

Enigma'nın çalışma sistemi

Şimdi Enigma'nın hikayesi ve makinenin çalışma sistemi üzerine konuşabiliriz. I. Dünya Savaşı'nın resmi İngiliz tarihçesi Alman mesajlarının okunduğunu ortaya koyunca Alman ordusu 1923'te daha güvenli bir şifreleme sisteminin gerektiğini kavradı. Almanlar nihayetinde ticari satışa sunulanlardan biraz daha karmaşık bir tasarıma sahip 30.000 kadar Enigma makinesi edindiler.

II. Dünya Savaşı boyunca Wehrmacht, Luftwaffe ve Alman Donanması ayrı ayrı günlük kod listeleri geliştirdiler. Enigma makinelerinin mekanik şifreleme sisteminin güzelliği, çok hızlı ve daha da önemlisi insan hatasını devre dışı bırakıyor olmasındaydı. Şifreli metni oluşturmak için şifresiz metin makineyle yazılıyor, oluşan şifreli metin radyo ile aktarılıyor ve alıcı yalnızca kodlu mesajı yazmakla yetiniyordu. Makine deşifre edilmiş metni kendi kendine üretiyordu. Üstelik günlük kod ayarları ele geçirilmedikçe, sistem neredeyse kırılmaz nitelikteydi.

Enigma'nın hikayesi
Enigma makinesinin orijinal görüntüsü.
  • Reflektör

Bu parça dönmüyordu, böylece şifrelenen metnin otomatik olarak karıştırıcı diskler üzerinden geri gönderilmesi garanti ediliyordu. Deşifre metin girilirken aynı anda şifreli metin mekanik olarak üretilmiş oluyordu.

  • Karıştırma diskleri

Her bir disk, alfabenin 26 harfini içeriyordu ve (günlük koda göre) A'dan Z'ye herhangi bir başlangıç pozisyonuna ayarlanıyordu. 1938'den itibaren  makinelerde beş karıştırma diski yer aldı. Her bir diskin her yüzünden 26 kontak vardı ve bunlar arka yüzdeki 26 farklı kontağa bağlıydı. Her bir numaralı disk farklı şekilde bağlanıyordu.

  • Dağıtım tablosu

İlk başlarda şifresiz metin karıştırıcılara ulaşmadan önce yalnızca altı harf değiştirebiliyordu. Ancak, 1939'da geliştirilen daha geniş dağıtım tablosu bu rakamı 10'a çıkardı.

  • Klavye

Şifresiz metni (ya da alınan şifreli metni) yazmaya yarıyordu.

  • Lamba tablosu

Yazılmış olan her harfin şifrelemesini operatöre gösterir.

Enigma'nın ayarlanma süreci

Enigma'nın karıştırma diskleri (rotor)
Enigma'nın karıştırma diskleri (rotor)

Alman ordusu her ay yeni bir günlük kod listesi kitabı yayımlanıyordu. Kitapta operatörler her gün, her ordu birimindeki tüm Enigma makinelerinde yapması gereken ayarlar listeleniyordu. Böylece gönderilen ilk mesaj, birimin tüm üyeleri tarafından okunabiliyordu. Günlük kod listesi ayarlarına göre operatörler her sabah karıştırıcı diskleri yeniden düzenliyor; karıştırıcı yönelimini yeniden ayarlıyor ve dağıtım tablosu ayarlarını değiştiriyordu. Bu sistemlerin kombinasyonu sayesinde bir şifrenin çözülmesi için toplam 10 milyar hesap yapılması gerekiyordu.

İLGİLİ:  Hubble uzay teleskobu nasıl renkli fotoğraf çekiyor?

İkinci Dünya Savaşı sırasında güvenlik seviyesini yükseltmek için Enigma operatörü, günlük kod ayarlarını kullanarak bir "başlangıç mesajı" gönderiyordu ve bu mesaj, karıştırıcılar için yeni ayar yerine geçiyordu. İstikrarı sağlamak için de tekrar yapılıyordu. Dolayısıyla, günlük anahtar B-M-Q'yu gerektiriyorsa, ikinci sinyalin öncesinde, örneğin S-T-P-S-T-P gibi, rastgele seçilen üç harflik bir kombinasyon gelebiliyordu ve alıcının karıştırıcı ayarını buna göre yapması gerekiyordu.

Enigma nasıl kullanılıyordu?

Enigma'nın hikayesi
Kadınlar bu tarz cihazları daha akıcı kullanıyor.

Şifreli metin oluşturmak için, şifresiz metnin makineyle yazılması gerekiyordu. Oluşturulan metin radyo ile aktarılıyordu ve alıcı yalnızca kodlu mesajı yazmakla yetiniyordu. Makine deşifre metnini kendi kendine üretiyordu.

  1. Operatör şifresiz metni yazar. Metin makine üzerinden elektrik akımıyla iletilir.
  2. Dağıtım tablosu üzerinde devreye sokulan harfler önce burada şifrelenir. Kalan harfler doğrudan ilk karıştırıcıya gider.
  3. Dağıtım tablosunun ötesine geçen harf atımları, ilk karıştırıcı diske gider ve diske girerler.
  4. Gelen harf atımı diskten geçerek farklı bir çıkış noktasına, dolayısıyla bir sonraki karıştırıcının üstündeki farklı bir giriş noktasına gider. Buna ek olarak ilk karıştırıcı yazılan her harfle birlikte bir harflik dönüş yapar.
  5. Aynı işlem ikinci karıştırıcıda tekrarlanır ve birinci karıştırıcı 26 harflik döngüsünü tamamladığı an, ikinci karıştırıcı da bir harflik dönüş yapar.
  6. Aynı işlem üçüncü karıştırıcı da tekrarlanır ve ikinci karıştırıcı 26 harflik döngüsünü tamamladığı an, üçüncü karıştırıcı da bir harflik dönüş yapar.
  7. Artık her bir atımlık harf reflektöre ulaşır ve reflektör onu karıştırıcı disklerle, farklı bir yol üzerinden geri gönderir.
  8. Harf atımı, dağıtım tablosu üstünden geriye giderek lamba tablosuna varır. Burada nihai şifreleme operatöre gösterilir.

Enigma nasıl kırıldı?

Enigma nasıl kırıldı?
Marian Rejewski ve eşi.

1930'larda, Almanya'nın kendi topraklarına yönelik emellerinin farkında olan Polonyalı şifre çözümleme bürosu Biuro Szyfrow, Enigma şifreleme sistemini kırmayı öncelik haline getirdi. Fransa'yla yapılan bir anlaşma sayesinde Enigma'yla ilgili malzemelerin çoğu Polonyalılara aktarıldı, onlar da makinenin kopyalarını yapmaya koyuldular. Polonyalıların Enigma'nın, dil bilim bilgisiyle değil, matematik bilgisiyle incelenebilecek bir mekanik sistemi olduğunu fark ettiler. Ufuk açıcı bir fikirdi bu. Yakın geçmişte, eskiden Almanya işgalinde olan Polonya topraklarından Alman diline aşina olan birçok matematikçi çıkmıştı. Bunlar arasında Marian Rejewski de vardı.

Polonya karşı koyuyor

Adım adım Enigma'nın kırılışı

  1. Mesaj anahtarı

    Rejewski her iletinin başında gönderilen ve üç harften oluşan Enigma başlangıç mesajı anahtarına odaklandı. Sadece üç karıştırıcı disk bulunduğundan her dördüncü harfin, ilk harfin farklı bir şifrelenmiş biçimine karşılık gelmesi gerektiğini fark etti ve böylece Enigma'nın zırhında bir çatlak buldu.

    Günlük anahtar konusunda hâlâ hiçbir fikir yoktu ama ikame bağlantıları ya da zincirleri aramaya başladı. Günde yeterli sayıda mesaja erişim sağlayınca, mesaj anahtarında birinci ve dördüncü, ikinci ve beşinci, üçüncü ve altıncı harfler arasındaki ilişkilerin tablolarını çıkarmayı başardı.

  2. Zincirler

    Bu tabloları inceleyerek zincirleri, yani ilk harfin kendisine bağlanmasından önce kaç bağlantı olduğunu tespit etti – ki bu durumda A-U, U-S, S-A olmak üzere üç bağlantı vardı. Rejewski dağıtım tablosu ayarlarının belirlenemediğini ancak her bir zincirdeki bağlantı sayısının, karıştırıcı ayarlarının bir yansıması olduğunu fark etti. Bazı zincirler uzundu, bazılarıysa kısa.

    Rejewski ve meslektaşları bir yılı, mümkün olan 105.456 karıştırıcı ayarının her birinin tablolarını çıkarıp, onlarla olası zincirlerin uzunlukları arasında ilişki kurarak geçirdi. Sonra Almanlar protokollerini değiştirip de bu tabloları yararsız hale getirdiklerinde, Rejewski tabloları yeniden düzenlemek için "bombe" denen elektronik hesaplama makinelerini geliştirdi. 

  3. Dağıtım tablosu

    Tablolar ile karıştırıcı ayarları çözülebilmiş ama dağıtım tablosu ayarları çözülememişti. Karıştırıcı ayar tablolarını kullanarak çözebildiklerini çözen Rejewski ve meslektaşlarının karşısına bazen gayet anlaşılabilecek bir mesaj da çıkabiliyordu.

    KANVAYLOR YALDO

    Burada anahtar tablosu üzerinde "a" ve "o" nun yer değiştirmiş olabileceği anlaşılıyordu. Buna göre düzeltildiğinde ortaya çıkan mesaj ise şöyle oluyordu: 

İngiltere'ye transfer

Enigma'nın dağıtım tablosu (plugboard)
Enigma'nın dağıtım tablosu (plugboard)

Rejewski'nin buluşu Polonya'nın 1930'ların büyük bölümünde Enigma'nın sinyallerini okuyabilmesini sağladı. 1938'de iki ek karıştırıcı ve daha geniş bir dağıtım tablosunun kullanılmaya başlanması, geçici bir zorluk daha oluşturdu. Ancak Almanya'nın Eylül 1939'da Polonya'yı istila etmesinden 1 ay önce Polonyalılar, Enigma makinesinin kopyasını, "bombe" planlarını ve Rejewski'nin analizlerini İngiltere'ye iletmeyi başardılar.

İLGİLİ:  Lityum pil neden ve nasıl yanar? Bilimsel detaylar

Alan Turing Bletchley Park'ta

"Enigma nasıl kırıldı?" sorusu bu bölümde daha önemli cevaplar barındırıyor. Cambridge'li genç ve yetenekli matematikçi Alan Turing de, Bletchley Park'taki yeni İngiliz şifre çözme merkezinin birbirinden farklı çalışanları arasındaydı. Merkeze katılmadan önce Turing ikili matematik ve kuramsal programlanabilir bilgisayarlar üzerinde çalışıyordu. Polonya'nın elde ettiği başarıyı gören Turing, Enigma makinesinin yeni karıştırıcı ayarlarını çözebilmek için bir dizi, daha gelişkin " bombe" tasarlamaya koyuldu. 

Her gece yarısı Enigma makinesinin ayarları değiştirildiği için hızlı çalışmak gerekiyordu. Yine de, Turing 1939'da Bletchley Park'a gelmeden önce tespit edilen bir takım ipuçları olmasaydı, ayarların sayısı muhtemelen üzerinde çalışılmayacak kadar fazla olacaktı. 

Enigma nasıl kırıldı?
Alan Turing'in geliştirdiği yeni "bombe"

Jumbo ve Colossus

Turing'in diziler halinde, ara bağlantılı ve döngüleri açığa çıkaracak biçimde düzenlenmiş "bombe"ler geliştirme planı onaylandı ve bunları yaratmak için 100.000 pound tahsis edildi. Her bir bombe, 12 setlik karıştırıcı kopyasından oluşuyordu ve bunların "Zafer" adı verilmiş olan ilki, 1940 Mart'ında çalışmaya başladı. Prototip test edilmeye ve geliştirilmeye devam ederken, Almanlar mesaj anahtarı protokollerini değiştirdiler, bu da şifre çözümünde ciddi bir kesintiye neden oldu. Ancak geliştirilmiş bir bombe Ağustos'ta kullanılmaya başlandı ve 1942 ilkbaharına gelindiğinde 15 bombe daha kullanıma girdi. "Crib"ler, karıştırıcı ayarlarının ve mesaj anahtarlarının üzerinden işleyen bombe'ler, büyük bir hızla çalışıyordu. İyi bir günde sistem, bütün bunları bir saatte çözerek, günün geri kalanına ait sinyallerin ardındaki şifreleri açığa çıkarabiliyordu.

Savaşın sonuna gelindiğinde 200'den fazla bombe kullanımdaydı. Yine de bütün bu işlem, elde doğru "crib"ler bulunmasına bağlıydı, o yüzden sistemin lokomotifi hala insan marifetiydi. 

Enigma nasıl kırıldı?
Bletchley Park'taki Colossus.

Sonunda bombelerin sayısı ve aralarındaki bağlantılar dünyanın ilk programlanabilir bilgisayarını yarattı. Kod adı "Jumbo" olan bu bilgisayar için operatörlerinin kullandığı isim "Heath Robinson"dı. 1942'de Turing, Enigma makinesi Geheimschreiber'in uyarlanmış bir versiyonu olan ve Alman donanması tarafından kullanılan Lorenz'in şifresini çözmenin kestirme bir yolunu buldu. Fikirlerini Tommy Flowers ve Max Newman'e anlattı ve onlar da Colossus adındaki bilgisayarı yarattılar. Daha entegre, programlanabilir bir dijital aygıt olan Colossus modern bilgisayarın gerçek atasıydı.

İLGİLİ:  Alan Turing gerçekten bilgisayarın babası mı?

1942 Temmuz'unda Turing fikirlerini ABD'li şifre çözücülerle paylaşmak üzere Amerika'ya gitti. İngilizlerin sırlarını Batılı müttefikleriyle paylaşmalarına ve Bletchley Park'ın ayrıca İtalyan ve Japon şifrelerini çözmekle de uğraşmasına karşın, "Enigma nasıl kırıldı?" sorusunun yanıtı 1970'lere dek sır olarak kaldı.

Enigma'nın kırılma adımları 

Cillie'ler (Sersemlikler)

İnsan hatası ve tembelliği sonucu bazı Enigma operatörleri, tamamen rastgele mesaj anahtarı kombinasyonları kullanmaları gerekirken, daha önce kullanılmış kombinasyonlar kullandılar. Bunlar tespit edildikleri zaman, şifre çözücülere faydalı bir ipucu sağlıyordu ve o operatörlerden giden sinyaller gözetlenebiliyordu

Karıştırıcı kodları

Almanlar hiçbir karıştırıcı diski iki gün arka arkaya aynı yerde olmamasını sağlamanın, sistemi daha güvenli hale getirdiği varsaymıştı. Oysa aksine, bu sistemi zayıflatıyordu; çünkü bir ya da iki karıştırıcı disk konumu belirlendiğinde, geriye kalan muhtemel kombinasyon sayısı azalıyordu. Ayrıca ertesi gün için mümkün olan kombinasyolar da azalıyordu.

Almanların 2 disk daha eklemesi ve 1939'da Polonya'nın istilası.
Almanların 2 disk daha eklemesi ve 1939'da Polonya'nın istilası.

Crib'ler (Barizler)

Bir mesajda bilinen kelimeleri yani "crib'leri (barizleri) belirlemek, ayarların bulunmasına yardımcı olabiliyordu. Bazı sinyal türleri tahmin edilebilir nitelikle ve belli bir formüle göreydi. Örneğin, hava istasyonlarının sinyalleri genellikle Almanca "wetter" sözcüğüyle başlıyor ya da bu sözcüğü içeriyordu. Bu tür sinyaller gözetleniyor ve böyle kelimeleri belirlemek için iyi tahminlerde bulunabiliyordu. Bir başka crib ise belli bir bölgeye mayın yerleştirip, Alman denizaltı mesajlarında o mayından bahsedilen coğrafi koordinatların izini bulmaya çalışmaktı. 

Pinch'ler (Kaptıkaçtılar)

Alman kod listelerini ele geçirmek önceliklerden biriydi. Atlantik Savaşı sırasında hem Alman denizaltıları hem de hava durumu gemilerine baskınlar yapıldı; kod listeleri ele geçirildi ve Almanların kayıpların farkına varmaması için araçlar batırıldı.

Döngüler

Turing ayrıca, Almanların mesaj anahtarını tekrar etmeyi bırakmaları durumunda ne olacağı sorusunun üzerinde de çalışıyordu. Bu amaçla deşifre arşivlerine odaklandı ve Rejewski'nin "zinciler"inden çok da faklı olmayan "döngüler" saptamaya başladı. Bunlar, şifresiz metin bilindiğinde ya da "crib" tahmin edildiğinde karıştırıcı ayarlarının açığa çıkarılmasını mümkün kılıyordu. Turing böylece bir kestirme daha keşfetmişti. 

Birçok makine

Turing yeterli sayıda bombe'yi ardışık şekilde çalışacak, her biri bir başka karıştırıcı diskin eylemini taklit edecek şekilde düzenlerse, kısa sürede 17.576 farklı olası ayarı gözden geçirme şansının olacağını düşünüyordu. Ama yine de mekanik bir kestirmeye ihtiyacı vardı. Bunu ardışık makineleri birbirine bağlayıp, aralarında devreler kurarak başardı. Bu sayede bir döngünün varlığı, devre üzerindeki bir ampülün yanmasıyla anlaşılıyordu.

Dağıtım tablosu

Tıpkı Rejewski gibi, Turing de dağıtım tablosu sorununu arka plana atarak, onu minimuma indirmişti. Doğru bir crib ile, tuhaf harfler barındıran deşifre edilmiş bir kelime ortaya çıkabiliyordu ve bu harflerin yerleri değiştirildiğinde ise dağıtım tablosunun ayarları öğreniliyordu.


Yazar Berkay Alpkunt

Coğrafya ve astronomi üzerine geniş kapsamlı içerikler hazırlıyor. Diğer ilgi alanları canlı hayatı, bilim tarihi ve ülkeler olarak sıralanır. Aynı zamanda bağımsız video oyunlarına ilgilidir.