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La M4 e Shark

Il 9 maggio 1941, nell’Atlantico settentrionale, il sommergibile tedesco U-110 fu costretto a emergere dalle bombe di profondità di tre navi britanniche. L’equipaggio lo abbandonò credendo che affondasse; una squadra del cacciatorpediniere HMS Bulldog, guidata dal sottotenente David Balme, vi salì e ne portò via per un’ora e mezza libri, carte e la macchina Enigma. Quell’estate, consegnando le decorazioni, il re Giorgio VI definì l’operazione «forse il singolo evento più importante di tutta la guerra sul mare». Hugh Sebag-Montefiore, che ha ricostruito le catture anche sulle storie interne di Bletchley Park rese pubbliche nel 1999, scrive che probabilmente il re si sbagliava, e con lui molti libri e documentari.

L’Enigma della marina

La marina tedesca usava la macchina a tre rotori, la M3, ma con otto rotori fra cui scegliere invece di cinque: gli ordini possibili erano $8 \times 7 \times 6 = 336$, contro i 60 dell’esercito. I suoi operatori, scrive Simon Singh, evitavano le formule fisse, e quindi lasciavano pochi crib. Anche l’indicatore era diverso. L’operatore prendeva da un libro, il Kenngruppenbuch, due gruppi di tre lettere; uno dei due, battuto sulla macchina dalla posizione del giorno, dava la chiave del messaggio, e tutti e due, trasformati con tabelle di bigrammi, formavano l’indicatore trasmesso in chiaro, come racconta la lezione Fogli chiave e procedure.

Per la Bombe le prime due differenze erano una questione di tempo. Una corsa su un ordine dei rotori, compresa la preparazione, durava una ventina di minuti; provare tutti i 336 ordini su un crib richiedeva 112 ore di Bombe, e le Bombe erano poche e servivano anche all’esercito e all’aviazione. Turing inventò un metodo statistico, il Banburismus, che confrontando coppie di messaggi riduceva gli ordini da provare. Ma il Banburismus aveva bisogno delle tabelle dei bigrammi, almeno in parte, per risalire dall’indicatore trasmesso alla chiave del messaggio, e quelle tabelle stavano a bordo delle navi tedesche.

Singh aggiunge una terza differenza: nella macchina della marina il riflettore avrebbe potuto assumere 26 posizioni. Sebag-Montefiore e il motore di questo sito non danno alla M3 un riflettore regolabile; 26 posizioni in più arrivarono nel 1942, con il quarto rotore, e solo sulla rete degli U-Boot dell’Atlantico.

Le catture del 1941

Fra marzo e giugno del 1941 la marina britannica salì a bordo di diverse navi tedesche per prenderne i documenti cifrati. Sebag-Montefiore elenca che cosa diede ciascuna:

L’U-110 non aveva le impostazioni di maggio né quelle di giugno. Prima che entrassero in vigore quelle della München, a Bletchley Park servivano in media dieci giorni o più per leggere un messaggio della marina; con quelle, sei ore. Le tabelle dei bigrammi dell’U-110, che un documentario televisivo presentava come decisive, servirono a colmare qualche lacuna: secondo la storia della Hut 8, la sezione della marina, scritta dopo la guerra, quelle ricostruite dopo la Krebs erano già quasi complete. Il 15 giugno i tedeschi cambiarono comunque le tabelle, e il 29 novembre di nuovo.

Il materiale dell’U-110 servì più tardi: i libri dei messaggi brevi e dei bollettini meteorologici, scrive Sebag-Montefiore, avrebbero prodotto crib, e i crib sarebbero diventati indispensabili quando la Bombe divenne lo strumento principale contro la marina. Nessuna cattura, conclude, permise di rompere l’Enigma della marina una volta per tutte: ognuna insegnava a leggere i messaggi fino al cambiamento successivo.

Il quarto rotore

Il 1° febbraio 1942 la rete degli U-Boot nell’Atlantico e nel Mediterraneo, che i tedeschi chiamavano Triton e Bletchley Park Shark, passò alla M4. Accanto ai tre rotori la macchina aveva un rotore sottile, con un riflettore sottile, nello spazio che nella M3 occupava il riflettore. L’operatore impostava a mano il rotore sottile su una delle 26 posizioni; il rotore sottile non avanzava mai e non si poteva scambiare con gli altri: gli ordini dei rotori restavano 336, invece dei 3 024 che si sarebbero avuti scegliendo quattro rotori su nove per quattro posti qualunque, ma per ogni ordine le posizioni da provare erano 26 volte tante.

Il cablaggio dei pezzi nuovi non fu un problema. Già nel dicembre 1941 alcuni operatori avevano la M4, e fino all’ordine di passare alla macchina nuova dovevano usarla come una macchina a tre rotori, con il rotore sottile in una posizione fissa. Uno di loro trasmise un messaggio con il rotore sottile spostato di una lettera, e poi un secondo messaggio per avvertire che il primo si decifrava con quella posizione: errori come questo bastarono a ricostruire i cablaggi.

Nel simulatore qui sotto c’è una M4 con il rotore sottile Beta e il riflettore B sottile. Gli altri tre rotori, gli anelli, la posizione e i cavi sono quelli della M3 della lezione Il crib e la Bombe, che partendo dalla posizione BLA cifra WETTER in OOHJSF. Il rotore Beta è in A, con l’anello in A.

Con il rotore sottile in A e l’anello in A, la M4 cifra come la M3 con il riflettore B. Il rotore sottile, che non si muove, forma con il riflettore sottile un riflettore unico, e in questa posizione neutra quel riflettore è il B. Con il rotore sottile in B la stessa parola diventa SPJWKV, e ciascuna delle 26 posizioni dà una macchina diversa.

Senza crib

Le posizioni moltiplicate per 26 si sarebbero potute affrontare con più Bombe e più crib. Le Bombe a quattro rotori, però, non c’erano ancora, e i crib vennero meno nello stesso momento. Fino ad allora Bletchley Park li ricavava dai bollettini meteorologici degli U-Boot. Il sommergibile riduceva il bollettino a pochi gruppi di lettere con il libro dei bollettini brevi, li cifrava con la Enigma e li trasmetteva; a terra, una stazione meteorologica tedesca ritrasmetteva gli stessi dati in un cifrario che i britannici sapevano leggere. Con il libro dei bollettini brevi catturato nel maggio 1941 i crittoanalisti risalivano dal bollettino della stazione ai gruppi che il sommergibile aveva cifrato, e quindi a un crib. Il 20 gennaio 1942 i tedeschi sostituirono il libro con una versione nuova.

Restavano i crib occasionali. Il 14 marzo 1942 Karl Dönitz, comandante degli U-Boot, annunciò alla flotta la sua promozione ad ammiraglio: dal crib ricavato da quel messaggio, sei Bombe a tre rotori impiegarono 17 giorni per trovare la chiave di una sola giornata. Il Banburismus, che in teoria funzionava anche con la M4, in pratica non serviva: con tante posizioni in più, i messaggi con posizioni vicine, di cui il metodo aveva bisogno, erano troppo pochi.

Shark rimase illeggibile per dieci mesi e mezzo. Il rapporto settimanale sugli U-Boot del Centro di informazione operativa dell’Ammiragliato, il 9 febbraio, scriveva che il quadro delle posizioni nell’Atlantico era ormai «sfocato». Nei primi otto mesi del 1942 gli U-Boot affondarono più di quattro milioni di tonnellate di naviglio alleato. Sebag-Montefiore fa notare che nello stesso periodo pesarono altre due cose: gli attacchi lungo la costa degli Stati Uniti, dove le navi non viaggiavano ancora in convoglio, e la rottura, da parte tedesca, del cifrario navale con cui le marine alleate comunicavano nell’Atlantico.

L’U-559

Il 30 ottobre 1942, nel Mediterraneo orientale, l’U-559 emerse dopo dieci ore di caccia da parte di cinque cacciatorpediniere britannici. Dal cacciatorpediniere HMS Petard salirono a bordo il tenente Tony Fasson, comandante in seconda, il marinaio Colin Grazier e poi Tommy Brown, un ragazzo di sedici anni addetto alla mensa. Fasson passò i libri a Brown, che li portò fuori in tre viaggi; l’U-559 affondò all’improvviso mentre Fasson e Grazier risalivano, e i due annegarono.

Fra i documenti c’era la versione nuova del libro dei bollettini meteorologici brevi, che arrivò a Bletchley Park solo il 24 novembre. Il libro ridava i crib, ma con la M4 i crib non bastavano: servivano molte Bombe a tre rotori, o Bombe a quattro rotori più veloci, che non c’erano. La svolta venne il 13 dicembre, da un’abitudine degli operatori tedeschi. Quando un messaggio fu finalmente decifrato, si scoprì che per i messaggi brevi, compresi i bollettini meteorologici, gli U-Boot usavano la M4 con il rotore sottile in posizione neutra, cioè come una macchina a tre rotori. I crib dei bollettini si potevano quindi usare sulle Bombe a tre rotori che Bletchley Park già aveva, e trovati i tre rotori, la posizione del rotore sottile per gli altri messaggi era una sola fra 26.

Quella sera il Primo Lord del Mare, Sir Dudley Pound, avvertì l’ammiraglio statunitense Ernest King che il traffico degli U-Boot di qualche giorno sarebbe diventato leggibile, e raccomandò di usare le informazioni con cautela, per non far sospettare ai tedeschi da dove venivano. Le Bombe a quattro rotori arrivarono più tardi: secondo Sebag-Montefiore gli ingegneri britannici non riuscirono a progettarne una affidabile, e le macchine della marina statunitense entrarono in servizio solo dopo il maggio 1943.