thumb|Enigma, model M10148 w Muzeum II Wojny Światowej w Gdańsku thumb|Maszyny Enigma w Muzeum Wojska Polskiego w Warszawie Enigma (z „zagadka”) – niemiecka przenośna elektromechaniczna maszyna szyfrująca, oparta na mechanizmie obracających się wirników, skonstruowana przez Artura Scherbiusa. Była produkowana przez wytwórnię Scherbius & Ritter, założoną w 1918 z inicjatywy Scherbiusa oraz innego niemieckiego inżyniera Richarda Rittera, zajmującą się konstrukcją i produkcją urządzeń elektrotechnicznych, między innymi silników asynchronicznych. Scherbius odkupił prawa patentowe do innej wirnikowej maszyny szyfrującej, opracowanej przez holenderskiego inżyniera Hugona Kocha.
Hugo Koch i Artur Scherbius nie byli pierwszymi, którzy skonstruowali maszyny szyfrujące oparte na wirnikach. Poza nimi prace nad podobnymi urządzeniami prowadzili także Edward Hebern (USA, 1917) i (Szwecja, 1919), ale tylko Enigma Scherbiusa, wprowadzona najpierw na rynek cywilny, a później do instytucji państwowych, osiągnęła sukces.
Enigma była używana komercyjnie od lat 20. XX wieku, a później została zaadaptowana przez instytucje państwowe wielu krajów. Podczas II wojny światowej maszyna ta była wykorzystywana głównie przez siły zbrojne oraz inne służby państwowe i wywiadowcze Niemiec, a także innych państw. W Rzeszy wprowadzono ją w 1926 do Kriegsmarine, od 15 lipca 1928 do Wehrmachtu, od 1 sierpnia 1935 do Luftwaffe, w 1937 do policji oraz SD. Należała do rodziny elektromechanicznych wirnikowych maszyn szyfrujących i była produkowana w wielu odmianach; dwie podstawowe wersje miały charakter handlowy i wojskowy.
Po raz pierwszy szyfrogramy zakodowane przy pomocy Enigmy udało się rozszyfrować polskim kryptologom w grudniu 1932 (lub styczniu 1933) w Pałacu Saskim w Warszawie, mieszczącym siedzibę Biura Szyfrów Oddziału II Sztabu Głównego Wojska Polskiego. Praca Polaków: mjr Franciszka Pokornego, kpt. Maksymiliana Ciężkiego, inż. Antoniego Pallutha oraz uzdolnionych młodych matematyków: Mariana Rejewskiego, Jerzego Różyckiego i Henryka Zygalskiego pozwoliła na dalsze wysiłki nad dekodowaniem szyfrów stale unowocześnianych maszyn Enigma najpierw w Polsce, a po wybuchu II wojny światowej we Francji i Wielkiej Brytanii. Do wybuchu wojny pracę kryptologów wydatnie wspierali inżynierowie z Wytwórni Radiotechnicznej „AVA” którzy konstruowali sobowtóry „Enigmy” oraz urządzenia i narzędzia pomocnicze do dekryptażu.
Najczęściej odszyfrowywanymi wiadomościami były przekazy zaszyfrowane Enigmą używaną przez Wehrmacht (Wehrmacht Enigma). Brytyjski wywiad wojskowy oznaczył Enigmę kryptonimem ULTRA. Nazwa ta powstała ze względu na najwyższy stopień utajnienia faktu złamania szyfru Enigmy, wyższy niż najtajniejszy (), czyli Ultratajny.
Opis działania mały|lewo|Schemat okablowania Enigmy wskazujący przepływ prądu podczas naciskania litery A, która kodowana jest jako D. Litera D daje także A w wyniku, ale A nigdy nie daje A. mały|Droga sygnału przez wirniki Enigmy – prąd przepływa przez zestaw wirników, walec odwracający i znów przez wirniki. Szare linie reprezentują inne możliwe drogi sygnału. Litera A jest kodowana różnie po kolejnym naciśnięciu klawisza, pierwszy raz jako G, a drugi jako C. Dzieje się tak dlatego, że prawy skrajny wirnik obraca się po każdym naciśnięciu klawisza, powodując zmianę drogi przepływu prądu.
Tak jak inne maszyny oparte na rotorach (wirnikach), Enigma jest połączeniem systemów elektrycznego i mechanicznego. Część mechaniczna składa się z alfabetycznej 26-znakowej klawiatury, zestawu osadzonych na wspólnej osi i obracających się bębenków nazywanych rotorami lub wirnikami (), obrotowych pierścieni na wirnikach oraz mechanizmu obracającego jeden lub kilka rotorów naraz za każdym naciśnięciem klawisza.
Część elektryczną tworzą stałe i ruchome połączenia i styki (w tym klawiatury i wirników), a także łącznica kablowa. Części mechaniczne służą także jako elementy obwodu elektrycznego – właściwe kodowanie liter odbywa się elektrycznie. Po naciśnięciu klawisza obwód elektryczny zamyka się, a prąd przepływa przez elementy składowe maszyny, powodując zapalenie się jednej z wielu lampek podświetlających literę wyjściową. Na przykład jeśli kodowana wiadomość zaczyna się od liter ALA..., operator maszyny naciska najpierw literę A, która może spowodować zapalenie się lampki z literą Z. W ten sposób pierwszą literą zakodowanej wiadomości będzie Z. Następnie operator naciska klawisz z literą L, która zostaje zakodowana w analogiczny sposób, i tak dalej.
Działanie Enigmy pokazano na diagramie po lewej. Dla uproszczenia pokazano tylko 4 zestawy kodujące, lampki, klawisze, kable łącznicy, gdy w rzeczywistości było ich 26. Prąd przepływa z baterii (1) przez obwód mającego dwa styki klawisza z literą (2) do łącznicy kablowej (3). Łącznica umożliwiała zamianę dwóch liter miejscami, a jednocześnie zapewniała połączenie klawiatury (2) z walcem wstępnym (Eintrittswalze) (4). Prąd przepływa przez łącznicę kablową (3) do walca wstępnego (4), a następnie przez trzy (w przypadku zastosowania w wojskach lądowych) lub cztery (w przypadku marynarki) wirniki do bębenka odwracającego (Umkehrwalze) (6). Bęben odwracający zawraca sygnał z powrotem przez wirniki (5), ale inną drogą, do walca wstępnego (4), następnie doprowadzając go do gniazda ‘S’ łącznicy, a stamtąd przewodem (8) (Steckerverbindung) do gniazda ‘D’ i dwustykowego klawisza (9), powodując zaświecenie lampki.
Ciągłe obracanie się wirników powoduje bezustanne zmienianie drogi sygnału i kodowanie wiadomości szyfrem polialfabetycznym, zwanym też szyfrem podstawieniowym, który na ówczesne czasy zapewniał wysokie bezpieczeństwo transmisji.
Wirniki mały|Zestaw trzech wirników mały|Schemat złożeniowy wirnika Enigmy 1. Pierścień z nacięciami do przeniesienia obrotu między bębenkami za pośrednictwem mechanizmu zapadkowego 2. Kropka oznaczająca styk „A” 3. Pierścień alfabetyczny (czasami numeryczny) 4. Płaskie styki elektryczne 5. Okablowanie wirnika 6. Styk elektryczny w postaci pinu na sprężynce 7. Dociskany sprężyną pierścień dźwigni do ustawiania pierścienia alfabetycznego 8. Piasta 9. Karbowany pierścień do ręcznego ustawienia wirnika 10. Zębatka mechanizmu zapadkowego Wirniki (nazywane także bębenkami, rotorami lub walcami – po niemiecku Walzen) stanowiły serce maszyny szyfrującej Enigma. Miały one postać koła o blisko 10 cm średnicy, wykonanego z twardej gumy lub bakelitu z ułożonymi w kształt okręgu mosiężnymi pinami na sprężynkach z jednej strony i płaskimi stykami elektrycznymi z drugiej. Ułożenie pinów i styków jest takie samo, jak opis literowy na pierścieniu alfabetycznym wirnika – typowo 26 liter od A do Z. Gdy wirniki są ułożone jeden za drugim na wspólnej osi, piny jednego z nich stykają się z płaskimi stykami elektrycznymi sąsiedniego, zamykając obwód elektryczny. Wewnątrz wirnika znajdowało się 26 przewodów łączących zgodnie z założoną kombinacją piny z jednej ze stykami po drugiej stronie. Sposób okablowania był inny dla każdego typu wirnika.
Pojedynczy wirnik zapewnia tylko proste szyfrowanie szyfrem podstawieniowym. Przykładowo pin odpowiadający literze E może być połączony ze stykiem od litery T po drugiej stronie. Złożoność systemu szyfrowania polega na zastosowaniu wielu równoległych współosiowych wirników – przeważnie trzech lub czterech – oraz regularnym obracaniu ich, co zwiększa stopień komplikacji.
Po włożeniu do maszyny szyfrującej, wirnik mógł być ustawiony w jednej z 26 pozycji. Przekręcenie bębenka umożliwiał przytwierdzony do niego karbowany pierścień wystający przez górną pokrywę maszyny po jej zamknięciu. Aby operator maszyny mógł ustawić wirnik w odpowiedniej pozycji, przymocowano do niego pierścień alfabetyczny z 26 literami lub cyframi, z których właściwa, odpowiadająca nastawieniu pozycji, była widoczna w specjalnym okienku pokrywy maszyny. We wczesnych modelach maszyny pierścień alfabetyczny był zamocowany do wirnika, ale później, w celu zwiększenia komplikacji szyfru, wprowadzono wirniki o zmiennym ustawieniu pierścienia alfabetycznego, którego pozycję określano terminem Ringstellung (ustawieniem wirnika).
Enigmy Sił Lądowych (Heer) i Luftwaffe były wyposażone w kilka typów wirników, chociaż zaraz po jej wprowadzeniu były tylko trzy. 15 grudnia 1938 zwiększono zestaw wirników do pięciu, z których do zamontowania w maszynie wybierano trzy. Dla odróżnienia bębenki były oznaczane rzymskimi cyframi I, II, III, IV i V. Każdy z nich miał jedno zlokalizowane w różnych miejscach pierścienia alfabetycznego wcięcie, służące do obracania go, przez co złożoność szyfru znacznie wzrastała. Założenie konstruktorów maszyny, że zastosowanie wcięcia praktycznie uniemożliwi odkodowanie wiadomości, okazało się jednak błędne, ponieważ dzięki zastosowaniu opracowanej przez Jerzego Różyckiego metody zegarowej, a później brytyjskiej , ostatecznie szyfr Enigmy został złamany.
Rozkład okablowania wirników I–V A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z I E K M F L G D Q V Z N T O W Y H X U S P A I B R C J II A J D K S I R U X B L H W T M C Q G Z N P Y F V O E III B D F H J L C P R T X V Z N Y E I W G A K M U S Q O IV E S O V P Z J A Y Q U I R H X L N F T G K D C M W B V V Z B R G I T Y U P S D N H L X A W M J Q O F E C K
W odróżnieniu od maszyn wojsk lądowych i lotniczych Enigmy Kriegsmarine były wyposażone w większy zestaw wirników, początkowo sześć, później siedem i ostatecznie osiem. Dodatkowe wirniki oznaczone jako VI, VII i VIII były okablowane w różny sposób i miały po dwa wcięcia na wysokości liter ‘N’ i ‘A’, które umożliwiały ich częstsze obracanie.
W używanej przez Kriegsmarine Enigma M4 zastosowano czwarty wirnik, którego dodanie nie wymagało przebudowy maszyny. Zastosowano cieńszy bębenek odwracający i specjalny czwarty wirnik, który się nie obracał, a był ustawiany ręcznie w jednej z 26 pozycji. Czwarty wirnik był produkowany w dwóch wersjach – Beta i Gamma.
Rozkład okablowania wirników VI–VIII, Beta i Gamma A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z VI J P G V O U M F Y Q B E N H Z R D K A S X L I C T W VII N Z J H G R C X M Y S W B O U F A I V L P E K Q D T VIII F K Q H T L X O C B J S P D Z R A M E W N I U Y G V Beta L E Y J V C N I X W P B Q M D R T A K Z G F U H O S Gamma F S O K A N U E R H M B T I Y C W L Q P Z X V G J D
Ruch obrotowy wirników mały|Ruch obrotowy wirników Enigmy. Wszystkie trzy zapadki (zielone) działają jednocześnie. W pierwszym wirniku (1), koło zapadkowe (czerwone) jest popychane przy każdym naciśnięciu klawisza. W tym momencie drugi wirnik (2) jest ustawiony w taki sposób, że zapadka wchodząc we wcięcie popchnie go przy następnym naciśnięciu klawisza. Trzeci z wirników (3) nie poruszy się, ponieważ wcięcie w drugim wirniku nie jest ustawione w odpowiedniej pozycji i niemożliwe jest zadziałanie zapadki.
W celu zwiększenia komplikacji kodu niektóre wirniki poruszały się nie za każdym naciśnięciem klawisza. Takie działanie zapewnia odmienne kodowanie znaku w każdej pozycji bębenków i powstanie w efekcie bardzo skomplikowanego wieloalfabetycznego szyfru podstawieniowego.
Obracanie wirników zrealizowano za pomocą mechanizmu zębatkowo-zapadkowego. Na każdy z wirników maszyny nałożono koła zębate o 26 zębach współpracujących z zapadkami. Każde naciśnięcie klawisza maszyny powoduje jednoczesne popchnięcie zapadek, które, jeśli natrafią na występ zębatki bębenka, powodują jego obrót.