Hành trình ly kỳ của cỗ máy mã hóa vĩ đại Enigma

Benedict Cumberbatch thủ vai Alan Turing. Một cảnh trong phim “The Imitaion Game” – Người giải mã.

Enigma được ra đời năm 1918, song tới năm 1926, Hải quân Đức đã mua lại nó và sau đó 3 năm, Đức Quốc xã sử dụng rộng rãi với mục đích quân sự. Đây là cỗ máy được dùng để mã hóa tất cả những thư tín liên lạc, giữ bảo mật hoàn toàn các thông tin quân sự của Đức. Cùng với năng lực quân sự mạnh mẽ, nước Đức khi đó một mình chiến đấu với toàn bộ châu Âu và trước tình thế này, quân đội Anh phải tìm cách phá bộ giải mã của Enigma để tìm kiếm cơ hội ngăn chặn sự bành trướng của người Đức.

Quân Đức được lệnh hủy máy mã hóa Enigma nếu bị thua, phải rút quân hoặc bị bắt nhằm tránh để lọt bí mật vào tay quân Đồng minh. Chính vì vậy mà ngày nay còn rất ít máy Enigma còn sót lại. Chính bộ phim “The Imitaion Game” cũng góp phần làm cho số người săn lùng Enigma càng đông đảo hơn.

Theo NBC New, một cỗ máy trong tình trạng tốt, sản xuất năm 1943 được đưa ra bán đấu giá với mức giá 232.015 USD, gấp đôi giá dự định ban đầu.

Máy mã hóa Enigma – mảnh ghép bí ẩn của Đức Quốc xã

Một chiếc máy trông như một máy đánh chữ được đặt trong một hộp gỗ, với hệ thống các bánh xe chữ và bảng cáp điện nhằm hoán vị các chữ cái. Với vẻ bề ngoài tưởng chừng như đơn giản, Enigma che giấu khả năng mã hóa vĩ đại của nó. Enigma không phải cỗ máy mã hóa đầu tiên trên thế giới, nhưng là cỗ máy hoàn thiện nhất thế giới. Nó có khả năng tạo ra 159 triệu triệu triệu khả năng khác nhau.

Nếu có 10 người cùng ngồi thử từng thuật toán mã hóa của Enigma, làm việc suốt 24/7 thì phải mất 20 triệu năm mới giải mã được một bức mật hàm. Trong Thế chiến thứ II, quân Đồng Minh chỉ có tối đa 18 tiếng để giải mã, vì cứ sau nửa đêm các cỗ máy Enigma lại được thông báo thay đổi cấu trúc và tạo thành 159 triệu triệu triệu khả năng hoàn toàn khác.

Máy mã hóa Enigma là một sự kết hợp của các hệ thống cơ khí và điện. Các hệ thống cơ khí bao gồm một bàn phím; một tập hợp các đĩa có bánh răng được gọi là rotor cùng một trục quay nhằm mã hóa những chữ cái thành mật mã và một bảng gồm những bóng đèn nhấp nháy thể hiện những chữ cái được mã hóa đó.

Các rotor hình thành trung tâm của một máy Enigma. Mỗi rotor là một đĩa đường kính khoảng 10 cm được làm từ cao su cứng hoặc bakelite với đồng, lò xo, các chân tiếp xúc điện sắp xếp theo một vòng tròn. Mỗi chân tiếp xúc đại diện cho bảng chữ cái, thường là 26 chữ từ A-Z. Các rotor được gắn trên một trục chính với các chân tiếp xúc vào rotor kế bên.

Khi vận hành, các mật mã viên lắp rotor vào máy và xáo trộn theo một trật tự được báo trước bằng cách quay chúng, sau đó chuẩn bị một bảng cáp điện nhằm hoán vị 6 cặp chữ cái 6 lần. Khi Enigma đã sẵn sàng, các mật mã viên bắt đầu nhập những nội dung trong bức điện vào máy. Tương ứng với mỗi ký tự thì bóng đèn phía trên sẽ phát sáng tương ứng. Nhân viên ghi lại tất cả các ký tự sau khi được mã hóa – lúc này là vô nghĩa – sau đó gửi đi bằng mã Morce. Ở phía người nhận, mật mã viên cũng cài đặt các rotor trong chiếc Enigma của mình, chính xác theo mã khóa của bức điện.

Quá trình dịch được làm ngược lại, từng chữ một và các bóng đèn sáng lên tương ứng với những chữ cái được giải mã. Khi sử dụng, Enigma cần một danh sách các thiết lập hàng ngày và các tài liệu bổ trợ. Các sách mã của Hải quân Đức được in màu đỏ, mực có thể hòa tan trong nước trên giấy màu hồng để có thể dễ dàng hủy nếu có nguy cơ bị bắt giữ. Với khoảng 10 triệu tỉ cách mã hóa khác nhau, Enigma luôn được người Đức tin rằng không ai có thể phá được mật mã của họ.

Tuy nhiên đó mới chỉ là nguyên mẫu Enigma đầu tiên và chưa hoàn thiện. Cỗ máy Enigma lúc đó gặp phải hạn chế và dễ bị bắt bài, vì việc mã hóa từ chữ A sang B, có thể suy ngược lại B nghĩa là A. Chính điều này đã giúp các chuyên gia mật mã Ba Lan gần như đã đánh bại được Enigma. Tuy nhiên phát xít Đức đã nhanh chóng cải tiến cỗ máy này với hệ thống hoán đổi plugboard. Đây là một hệ thống điện, để hoán đổi các chữ cái thêm một lần nữa, tối đa là 6 kết nối. Tuy nhiên điểm đặc biệt của hệ thống này là nó chống lại việc suy ngược các ký tự. Tức là từ A thành B, nhưng ngược lại từ B lại ra C.

Hệ thống này đã tăng khả năng mã hóa của Enigma lên con số 100.391.791.500 cách. Năm 1939, phát xít Đức tiếp tục cải tiến Enigma một lần nữa, với việc tăng từ 3 lên 5 rotor và hệ thống hoán đổi plugboard từ 6 lên 10 kết nối. Điều này đã khiến cho cỗ máy mã hóa này có thể tạo ra 159 triệu triệu triệu kết quả.

Chỉ có một cỗ máy mới có thể đánh bại một cỗ máy

Sức mạnh của mật mã Enigma đã khiến cho quân Đức hoàn toàn tin tưởng vào sự an toàn của những bức mật thư. Ngay cả khi phải đối mặt với bằng chứng rõ ràng rằng mật mã Enigma đã bị phá vỡ, họ vẫn kiên quyết từ chối và tiếp tục tin tưởng nó. Thay vào đó quân Đức cho rằng những thất bại đó là do các điệp viên hoặc do sự trùng hợp ngẫu nhiên mà thôi.

Vào tháng 12/1932, Marian Rejewski, một nhà toán học tại Cục Mật mã Ba Lan đã dựng lại hệ thống phân tích mật mã dựa trên toán học. Đây có thể coi là đột phá lớn nhất trong lịch sử phân tích mật mã. Rejewski đã cùng với các đồng sự của mình tiếp tục nghiên cứu và bắt nhịp với những tiến hóa trong các thành phần hệ thống cũng như các thủ tục mật mã hóa.

Một máy mã hóa Enigma với các rotor được trưng bày trong bảo tàng.

Các chuyên viên mật mã Ba Lan đã phát minh ra máy giải mã cơ điện đầu tiên “bẻ gãy” hệ thống mã hóa Enigma. Họ phát minh ra thiết bị này vào năm 1938 và gọi sáng chế này là “bombe”. Các bombe gồm 6 máy Enigma được kết nối, vì vậy mà tất cả 6 cài đặt rotor có thể được kiểm tra cùng một lúc. Sử dụng bombe, người Ba Lan đã có thể xác định cài đặt rotor Enigma và giải mã các thông điệp của Đức Quốc xã trong vòng hai giờ.

Thật không may, khi cuộc xâm lược Ba Lan bắt đầu, quân Đức đã thêm 2 cánh quạt mới, tăng sự kết hợp có thể có của rotor. Điều này đã làm bombe Ba Lan không hiệu quả, trận chiến của trí thông minh đã nghiêng về các chuyên gia Đức Quốc xã. Nhưng những kết quả bước đầu này được cung cấp cho cơ quan tình báo vô tuyến Anh.

Các thành viên chủ chốt của Cục Mật mã Ba Lan đã hợp tác với các nhà mật mã học của Anh tại Bletchley Park. Những người Anh, trong đó bao gồm những tên tuổi lớn của ngành mật mã học như Gordon Welchman và Alan Turing, người sáng lập khái niệm khoa học điện toán hiện đại, đã góp công lớn trong việc phát triển các kỹ thuật phá mã hệ thống máy Enigman.

Sau khi hợp tác, dưới sự lãnh đạo của Alan Turing, một máy giải mã cơ điện có tên là Turing Bomb được chế tạo thành công. Thời đó, các bombe Anh là một kỳ quan của kỹ thuật cơ khí và điện. Nó có chức năng tương đương với 36 máy Enigma và có khả năng tính toán các cài đặt rotor cho các phím trong khoảng 12 giờ mỗi ngày.

Từ thời điểm đó, tất cả các tin nhắn có thể được đọc trong thời gian thực. Có tới 210 bombe Anh được xây dựng trong thời gian chiến tranh và tất cả đã bị phá hủy vào những ngày cuối của cuộc chiến. Khi Mỹ tham chiến, họ đã xây dựng một bombe để giải mã máy Enigma 4 rotor của hải quân Đức.

Bombe này được thiết kế để có thể giải mã nhanh hơn sự kết hợp lớn hơn các thiết lập của loại máy 4 rotor của hải quân Đức. So với loại Enigma 3 rotor, số lượng kết hợp rotor tăng 60-336 (8 x 7 x 6). Hệ thống này của người Mỹ nhanh hơn các đối tác Anh tới 34 lần. Những bombe này thực sự khổng lồ và nặng tới 2.5 tấn, đã có 121 bombe của Mỹ được xây dựng trong chiến tranh.

Trước khi Mỹ tham chiến, tàu ngầm của Đức Quốc xã là mối đe dọa lớn nhất đối với nước Anh. Họ phụ thuộc vào nguồn cung cấp từ Mỹ, và Đức quốc xã với chiến lược “wolfpacks – bầy sói” đã đánh chìm trung bình 60 tàu mỗi tháng.

Ngày 9/5/1941, tàu khu trục HMS Bulldog của Anh đã trục vớt được tàu ngầm U110 của Đức và lấy được sách mã Enigman cùng với hai máy mật mã và nhiều tài liệu quan trọng khác. Dựa trên kết quả của việc giải mã, quân Đồng minh đã chiếm lợi thế trong trận hải chiến Đại Tây Dương.

Một điều đáng kinh ngạc đối với Enigma là bí mật được duy trì trong nhiều thập kỷ sau Thế chiến thứ II. Khoảng 11.000 người tại Bletchley Park và 4.000 ở Mỹ đã làm việc để giải mã Enigma. Mặc dù đông người tham gia như vậy, nhưng những bí mật không được tiết lộ cho đến khi chính phủ Anh công khai thừa nhận việc này vào năm 1974, tức là gần 30 năm sau khi chiến tranh kết thúc.

Nhóm giải mã Bletchley Park từng được tôn vinh như những người hùng trên truyền hình, được dựng phim và viết tiểu thuyết. Giờ đây, các cựu nhân viên khi xưa vẫn chưa hề có ý định đóng lại quyển sách Thế chiến thứ II, và luôn mong có người giải được những tin nhắn mật mã còn sót lại. Và họ nhường quyền đó lại cho những người thật sự đam mê.

Một máy mã hóa Enigma với các rotor được trưng bày trong bảo tàng.