Khám phá Toán học

Enigma – chiếc máy tạo mật mã kỳ diệu trong thế chiến thứ hai

VVới máy này, vô số mật mã được tạo ra và phải rất vất vả mới có thể giải được nó. Hiện tới ngày nay, vẫn còn 2 thông điệp chưa thể giải dù có sự trợ giúp của siêu máy tính.

Thách thức

Trong thời gian diễn ra Chiến tranh Thế giới lần thứ II, nhằm bảo vệ bí mật quân sự, không để lộ ý đồ tác chiến, hầu hết các chỉ thị, mệnh lệnh đều được mã hóa. Cuộc chiến thầm lặng bên làn sóng vô tuyến điện vì thế có khi còn quyết liệt hơn cả những gì diễn ra ngoài mặt trận. Vì thế sự ra đời chiếc máy Enigma với những mật mã phức tạp hơn tất cả các loại mật mã từng có trong lịch sử đã khiến cho người Đức yên tâm rằng Enigma luôn là “Thiên hạ vô địch”.

Chiếc máy Enigma của Đức quốc xã

Chiếc máy Enigma của Đức Quốc Xã là đứa con tinh thần của nhà sáng chế người Đức có tên là Arthur Scherbius. Ông đã chế ra những kiểu máy đầu tiên ngay từ năm 1918. Năm 1926, hải quân Đức đã mua vài chiếc và những thiết bị này được quân đội sử dụng từ năm 1929, sau đó, dần dần trở nên phổ biến ở tất cả các tổ chức quân đội Đức cũng như hầu hết các chi nhánh của Đảng Quốc xã. Ban đầu, chiếc máy Enigma được sử dụng trong thương mại để bảo vệ bí mật, nhưng chẳng bao lâu sau thì Enigma đã trở thành sản phẩm dành riêng cho giới quân sự Đức. Khi đó, trong hải quân Đức, người ta gọi nó là máy “M”.

Arthur Scherbius – cha đẻ của Enigma

Bình thường trông Enigma như một chiếc máy chữ kì quái nhét trong một cái hộp gỗ nhưng cấu trúc của nó lại vô cùng phức tạp. Enigma được cấu thành bởi ba bộ phận chính: một bàn phím để nhập bức điện, một bộ mã hóa để biến chữ cái vừa nhập thành mật mã, và một bảng gồm những bóng đèn nhấp nháy thể hiện những chữ cái được mã hóa đó. Bộ phận mã hóa gồm 3 bánh xe quay chữ có thể đổi chỗ cho nhau. Dưới bàn phím là bảng điện chứa 6 sợi cáp.

Trước khi vận hành, các mật mã viên lắp ba bánh xe chữ vào máy theo một trật tự nào đó và đặt cách xáo trộn bằng cách quay các bánh xe chữ, sau đó những mật mã viên này chuẩn bị một bảng cáp điện nhằm hoán vị 6 cặp chữ cái 6 lần. Khi máy Enigma đã sẵn sàng, các nhân viên mật mã sẽ nhập những chữ cái trong bức điện vào máy.

Nhân viên mật mã ở đầu dây bên kia nhận tin, rồi viết ra giấy toàn bộ bức điện mã hóa.Anh ta cũng cài đặt các bánh xe chữ trong chiếc Enigma của mình, chính xác theo khóa mã của bức điện. Giống như một tấm gương, quá trình được làm ngược lại, từng chữ một và các bóng đèn sáng lên tương ứng với những chữ cái vừa được giải mã. 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.

Chinh phục “thiên hạ vô địch”

Tưởng chừng như chiếc máy Enigma là một pháo đài vững chãi bất khả xâm phạm, tuy nhiên Đức quốc xã đã nhầm. Ngay từ năm 1934, các nhà toán học Ba Lan thông qua việc kết nối 6 máy mật mã Enigma, đã giải được một phần mật mã và những kết quả bước đầu này được cung cấp cho cơ quan tình báo vô tuyến Anh.

Marian Rejewski – nhà toán học Ba Lan

Vào tháng 12 năm 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 trong suốt một nghìn năm trở lại. Rejewski đã cùng với các đồng sự của mình tiếp tục nghiên cứu và bắt nhịp với những tiến hóa trong các thành phần của hệ thống cũng như các thủ tục mật mã hóa.

Alan Turing – nhà toán học người Anh

Ngay sau khi Thế chiến II bắt đầu, 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 Enigma. Sau khi hợp tác, dưới sự lãnh đạo của Alan Turing, một máy giải mã cơ điện có tên là “Bom Turing” đã được chế tạo thành công.

Máy giải mã điện cơ Turing Bomb

Máy giải mã điện cơ Turing Bomb dựa trên phương pháp nối các máy giải mã lại với nhau thành một hệ thống để tìm ra công thức cài đặt của Enigma. Turing Bomb có thể đọc được 156.000 tỉ kí tự phức tạp. Nhờ nó, mỗi ngày, người Anh giải mã thành công khoảng 3.000 bức điện mật của quân đội Đức chỉ trong vài phút sau khi các dữ liệu chặn thu được nạp vào, góp phần không nhỏ vào việc đẩy nhanh tiến trình sụp đổ của Đệ tam Đế chế.

Máy giải mã Turing Bomb

Không những thế, vào ngày 9 tháng 5 năm 1941, một tàu khu trục HMS Bulldog của Anh đã trục vớt được tàu ngầm U 110 của Đức và lấy được “Chìa khóa máy Enigma” cùng với hai máy mật mã “VI” và “VII” mà hải quân Đức mới sử dụng và “Sổ tay vô tuyến trong lãnh hải Đức” cũng như “Bảng trao đổi chữ cái kép”, chìa khóa đặc biệt cho sĩ quan và bản đồ Đại Tây Dương và Địa Trung Hải sử dụng cho hải quân Đức. Nhóm nghiên cứu Bletchley Park từ đây đã có thể đọc được tất cả các bức điện của hải quân Đức trên Đại Tây Dương.

Trước đây, trong hải quân với 200000 máy Enigma được trang bị, thời gian đầu, quân đội Đức đã sử dụng rất thành công loại mã này để liên lạc với nhau, phía Đồng minh không thể giải được. Đặc biệt quân đội Anh không tài nào phát hiện được sự di chuyển của tàu ngầm Đức chuyên phục kích các tàu vượt Đại Tây Dương chở vũ khí Mỹ viện trợ cho Anh và lực lượng Đồng minh châu Âu. Hồi ấy trung bình mỗi tháng Đức bắn chìm 5000 tấn tàu hàng Đồng minh, gây tổn thất cực lớn khiến cuộc kháng chiến của Anh quốc có nguy cơ thất bại.

Tuy nhiên, với chìa khóa mật mã có được vào năm 1941, Hải quân Hoàng gia Anh có thể theo dõi toàn bộ điện tín giữa Doenitz và các tàu ngầm. Từ tháng 11/1941, người Anh thường xuyên đọc được điện mật để biết được kế hoạch của Đức. Sau đó có một thời gian gián đoạn, khi Bộ chỉ huy hải quân Đức đưa vào sử dụng một chìa khóa mật mã hoàn toàn mới, được gọi là Triton và mở rộng máy mật mã thành máy Enigma-M4. Từ cuối năm 1942, Anh lại tìm ra chìa khóa mới cho loại mật mã này. Với việc giải được mật mã điện tín của Đức, quân đồng minh đã có thể điều tàu hộ tống và tàu hàng tránh vị trí của tàu ngầm Đức, cũng như chủ động điều tàu khu trục, tàu sân bay hộ tống, trong cái gọi là “Nhóm tìm, diệt” tìm kiếm tàu ngầm Đức để phá hủy.

Thách đố tiếp diễn cùng hai bức điện bí ẩn

Khi chiến tranh thế giới thứ hai kết thúc, mặc dù đã có trong tay khóa giải mã máy Enigma, nhưng có những điện mật mã của Đức quốc xã mà phải cần đến 65 năm người ta mới tìm được câu trả lời. Đây là những bức điện mật mà quân Đồng minh đã bắt được vào năm 1942. Hơn 60 năm sau Thế chiến 2, vào năm 2006, một dự án sử dụng kết hợp sức mạnh nhiều máy tính và trí tuệ của các cá nhân đã tìm được cách hóa giải một trong ba thông điệp vốn được coi là “bất khả xâm nhập” do cỗ máy mã hóa của quân đội Đức bảo vệ.

Dự án có tên M4 cũng của Trung tâm nghiên cứu Bletchley Park bắt đầu hoạt động đầu tháng 1 năm 2006 với mục tiêu mở được 3 nội dung tài liệu Enigma gốc do người Đức tạo ra năm 1942 và được coi là sẽ không bao giờ bị hóa giải bởi lực lượng Đồng minh.

Sở dĩ bức điện này vẫn còn nằm trong vòng bí mật mãi cho đến tận ngày nay là do nó được mã hóa bằng loại máy Enigma 4 trục quay, phức tạp gấp nhiều lần so với loại máy mã hóa Enigma thông thường chỉ có một trục quay. Không lạ gì khi các chuyên gia giải mã của quân đồng minh hồi đó đành chịu bó tay trước 3 thông điệp mật này. Đến năm 2006, với sự hỗ trợ của các siêu máy tính, mà M4 cũng phải mất đến nhiều tuần mới giải mã xong một thông điệp.

Tuy nhiên, hai bức điện còn lại chưa tìm ra được đáp án cuối cùng và vẫn đang tiếp tục thách đố các chuyên gia giải mã.

Theo The Global.

Math2IT

Math2IT

Đây là tác giả chung cho các bài viết không do trực tiếp tác giả cụ thể nào của Math2IT viết. Có thể đó là các bài dịch từ các bài viết nước ngoài hoặc các bài viết thiên về kỹ thuật và thông báo.

Muốn nói gì không bạn ơi?

Cho cái nhận xét đầu tiên nào!

Thông báo của
avatar
wpDiscuz