3 quả bom đã phát nổ một thời gian ngắn ngay sau khoảng 11 giờ 8 phút thứ Bảy, ngày 12/10/2002. Quả đầu tiên phát nổ tại quán rượu Paddy's ở Kuta, quả thứ hai gây ra một vụ nổ cực lớn tại hộp đêm Sari ở phía bên kia đường. Việc cho nổ quả bom nhỏ hơn bên ngoài lãnh sự quán Mỹ ở Denpasar đã phản bội động cơ chống phương Tây.
Ông Mick Keelty, ủy viên Cảnh sát liên bang Australia tại thời điểm xảy ra loạt vụ đánh bom Bali, bồi hồi nhớ lại: “Hiện trường vụ án đích thị là đánh bom. Có những mảnh thịt người bắn tung tóe trên các bức tường. Phần lớn nhà cửa bị bay mái. Có một động cơ xe máy nằm ở tầng hai ngôi nhà nằm cách 3 khối nhà tính từ tâm vụ nổ”.
Còn tướng Da'i Bachtiar khi đó là người đứng đầu Cảnh sát quốc gia Indonesia (POLRI) nhớ lại: “Loạt vụ đánh bom cường độ lớn khiến tất cả chúng tôi choáng váng. Đích thân bà Tổng thống Megawati Sukarnoputri cũng bay đến Bali nhằm tận mắt xem xét mức độ thiệt hại”.
Vào ngày thứ Hai sau vụ tấn công, Tổng thống Sukarnoputri đã tổ chức khẩn cấp một cuộc họp nội các, tại đó gần như mọi bộ trưởng đều lên tiếng chỉ trích Cảnh sát quốc gia Indonesia (INP) rằng đã thất bại trong việc chặn đứng hành vi của kẻ thủ ác. Ông Da'i Bachtiar đứng trước các bộ trưởng và tâm thế chuẩn bị sẵn sàng từ chức bất kỳ lúc nào. Áp lực khổng lồ đè lên vai tướng Bachtiar khi ông thề sẽ từ chức nếu không điệu những kẻ đánh bom ra trước công lý.
Cuộc điều tra của liên cơ quan Indonesia - Australia
Hiện trường vụ đánh bom vẫn còn âm ỉ khi ngài ủy viên Mick Keelty bị đánh thức bởi các cuộc gọi từ Indonesia. “Tướng Bachtiar hỏi tôi làm cách nào nhanh nhất có thể đưa lực lượng tới hiện trường”, dẫn lời Mick Keelty, ông đã thiết lập mối quan hệ đáng tin cậy với tướng Bachtiar nhiều năm trước khi xảy ra vụ đánh bom Bali. Có một sự trùng hợp kỳ lạ thế này, khi đó các chuyên gia của Cảnh sát liên bang Australia (AFP) cũng đang trên đường đến Jakarta để tổ chức một khóa đào tạo ngay cái đêm xảy ra vụ đánh bom Bali. Rất nhanh chóng các chuyên gia AFP đã chuyển hướng bay đến Denpasar để tham gia cùng các sĩ quan AFP khác (những người đã có mặt ở Bali từ trước).
Chiến dịch Liên minh đã bắt đầu, người cầm trịch là trợ lý ủy viên Graham Ashton phía Australia, còn phía Indonesia là ông I Made Mangku Pastika. Ngay cả khi đã có mặt ở hiện trường là những điều tra viên pháp y giỏi nhất thế giới thì vụ đánh bom Bali vẫn tỏ ra là một thách thức cực kỳ khó khăn. Vụ đánh bom ở Hộp đêm Sari lớn đến nỗi nó để lại một hố sâu hoắm chứa đầy nước.
Với đức tin Hồi giáo, chính quyền Indonesia muốn đưa các thi thể đi an táng trong vòng 24 giờ. Sau 2 tuần thất vọng, manh mối duy nhất là một chiếc xe tải nhỏ màu trắng được dùng để chở quả bom gây ra vụ Hộp đêm Sari (số khung và số động cơ của chiếc xe đã bị xóa) cũng như các thành phần có thể được dùng để chế tạo bom.
Áp lực không ngừng gia tăng cho các điều tra viên. Sau khi họp kín với các giám đốc tình báo Indonesia ở thủ đô Jakarta cùng với tổng giám đốc ASIS (tổ chức bảo mật của Mỹ) Allan Taylor và giám đốc ASIO (tổ chức tình báo an ninh Australia) Dennis Richardson, ông Mick Keelty tin rằng nhóm của ông Pastika được tư vấn kém từ phía tình báo Indonesia.
Siêu máy tính Australia vào cuộc
May mắn nhỏ đã thay đổi cục diện cho các nhà điều tra khi nhà xét nghiệm pháp y hiện trường vụ án Sarah Benson đã tìm thấy một số mảnh vỡ của chiếc điện thoại Nokia 5110 nằm bên ngoài lãnh sự quán Mỹ. Đây là khu vực nhỏ nhất trong 3 vụ đánh bom và cũng tương đối sạch sẽ về mặt pháp y. May mắn nhân đôi khi trong một mảnh vỡ của chiếc điện thoại có chứa 15 chữ số của Nokia hoặc số IMEI.
Điện thoại Nokia 5110 được khủng bố quốc tế ưa dùng do chúng tạo ra đủ điện tích khi đổ chuông hoặc nhận tin nhắn văn bản để kích hoạt vụ nổ. Biết được ai làm chủ chiếc Nokia hoặc ai đã điều khiển nó để kích nổ quả bom bên ngoài lãnh sự quán Mỹ, chính là những đầu mối tiềm năng. Và những đầu mối tiềm năng này yêu cầu dữ liệu điện thoại được nắm giữ bởi Telkomel - nhà cung cấp di động do chính phủ Indonesia sở hữu. Và một manh mối quan trọng khác đã nổi lên: vụ nổ ở Hộp đêm Sari lớn đến mức nó đã được các cảm biến địa chấn ghi lại, chỉ ra thời khắc chính xác của vụ nổ: 11 giờ 8 phút 31 giây tối theo giờ Bali.
AFP tin rằng vụ nổ ở Hộp đêm Sari cũng như vụ nổ bên ngoài lãnh sự quán Mỹ đều được kích nổ từ xa. “Ông Keelty giải thích: “Những kẻ đứng đầu đã tính toán rằng các phần tử liều chết sẽ không rút lui vào phút cuối. Vì vậy bom được kích nổ bằng điện thoại di động. Chúng tôi biết rằng nếu chúng tôi kết hợp dữ liệu từ vụ nổ địa chấn với dữ liệu ghi được từ điện thoại thì có thể biết chính xác số điện thoại đã được gọi để kích nổ các quả bom”.
Với sự hiểu biết đầy đủ về nhóm của ông Pastika, AFP và các kỹ thuật viên Telstra đã đến tổng hành dinh Telkomsel ở Jakarta nhằm tiếp cận dữ liệu điện thoại di động của tập đoàn này. Ông Keelty nhớ lại: “Mạng dữ liệu điện thoại của Telkomsel không hề hấn gì và chúng tôi gọi nó là mỏ vàng”. Nhưng mỏ vàng đó quá đồ sộ đối với cả INP lẫn AFP. Các cơ quan thi hành pháp luật Australia chưa từng xử lý với quy mô dữ liệu của Telkomsel.
AFP gọi tới Giám đốc tín hiệu quốc phòng (DSD) - một thực thể siêu bí mật đặt ở thủ đô Canberra. DSD đang nắm giữ một trong những siêu máy tính mạnh nhất của Australia có khả năng xử lý dữ liệu, và tiếp đó là các thủ lĩnh của DSD và Bộ Quốc phòng đồng nhất trí nên sử dụng cỗ máy siêu tính toán để truy quét dữ liệu điện thoại. Đích thân Thủ tướng Australia khi đó, ông John Howard, đã ra lệnh rằng cuộc điều tra vụ đánh bom Bali là ưu tiên kép ngoại giao và tình báo.
Rất lâu trước khi xảy ra vụ đánh bom ở Bali, DSD đã quét một lượng dữ liệu khổng lồ thông qua trạm đánh chặn vệ tinh đặt bên ngoài Geraldton như là một phần vai trò của nó trong mạng lưới do thám toàn cầu Echelon - được vận hành bởi các đối tác tình báo Ngũ Nhãn: Australia, Canada, New Zealand, Vương quốc Anh, và Mỹ.
Cựu Tổng giám đốc ASD (nay là ông chủ ASIO) Mike Burgess phát biểu: “Trước khi dữ liệu lớn được đề cập, các cơ quan tình báo tín hiệu như ASD đã tham gia hăng hái vào trò chơi dữ liệu lớn, họ có những người siêu thông minh có khả năng phân tích để tìm ra cây kim trong đống rơm. Đó là bí mật của tổ chức tình báo tín hiệu. Họ không chỉ hiểu cách mọi thứ đang giao tiếp mà còn chỉ ra điểm chính xác của giao tiếp bằng cách phá mã. Rất nhiều dữ liệu được nhắm mục tiêu đến đúng từng cá nhân”.
DSD là tổ chức đầu tiên của Australia sở hữu siêu máy tính Cray trong thập niên 1980 (nó được mua bởi ông Jim Noble, cha ruột của Tổng giám đốc đương nhiệm ASD, Rachel Noble). Cả 2 ông Noble và Burgess đều từ chối tiết lộ chi tiết việc tham gia của DSD trong vụ điều tra ở Bali.
Cuộc gọi cuối cùng từ chiếc Nokia 5110
Các siêu máy tính của DSD đặt ở HMAS Harman, ngoại ô thủ đô Canberra, đã bắt tay vào việc phân tích dữ liệu di động của Telkomsel vốn được thu thập từ hàng chục triệu người trên mạng di động toàn quốc, xuất phát từ hàng trăm triệu cuộc gọi và tin nhắn văn bản. Chiếc điện thoại Nokia 5110 dùng để kích hoạt vụ đánh bom lãnh sự quán Mỹ đã nhận 1 cuộc gọi cuối cùng từ số mà DSD xác nhận nằm trong kho dữ liệu của Telkomsel. Điều này đã giúp INP lần ra chủ nhân của số điện thoại đó, săn lùng y thông qua một nhà bán lẻ ở Bali. Tên hắn ta là Idris. Gã đóng vai trò hậu cần, dùng Nokia 5110 nhưng cũng mua thẻ SIM, và sắp xếp việc đi lại cùng chỗ ở cho những kẻ đánh bom Bali.
Phân tích của DSD về các cuộc gọi và tin nhắn của Idris kết hợp với dữ liệu di động trích xuất từ thời điểm chính xác xảy ra vụ đánh bom Hộp đêm Sari đã đi đến chỉ huy của loạt vụ đánh bom: Mukhlas, nguyên chỉ huy hoạt động của nhóm nổi dậy Jemaah Islamiyah, cùng chỉ huy chiến trường của hắn ta là Imam Samudra. Việc tìm thấy mạng lưới của đám khủng bố là một quá trình xử lý thông tin công phu, lặp đi lặp lại giữa Canberra và Denpasar.
DSD sẽ lùng soát các số điện thoại để tìm kiếm manh mối nhằm cho phép cảnh sát Indonesia và Australia theo dõi các đối tượng tình nghi. Đổi lại, DSD sẽ nhận thông tin từ các nhà điều tra ở Bali về các số điện thoại cần được kiểm tra. Ông John Blaxland, giáo sư nghiên cứu tình báo và an ninh quốc tế thuộc Đại học Quốc gia Australia (ANU) nhấn mạnh: “Phân tích mạng đảo ngược là quan trọng nhất trong việc làm sáng tỏ mạng lưới của bọn khủng bố. Đó là một bước đột phá phi thường chứng kiến sự hợp tác đáng tin cậy giữa Australia và Indonesia, điều chưa từng thấy từ trước đó”.
Đền tội
Mặc dù vậy trưởng nhóm điều tra phía Indonesia, ông I Made Mangku Pastika lại tỏ ra hết sức thất vọng vì không sao tìm thấy manh mối pháp y từ chiếc xe tải nhỏ màu trắng đã phát nổ bên ngoài Hộp đêm Sari. Ông hạ lệnh cho các sĩ quan dưới quyền mình xem xét kỹ hơn động cơ bị hỏng. Cách đó 4.500km tại Canberra, một cuộc điều tra mạng đang được tiến hành.
ABC dẫn lời Tướng Bachtiar cho biết: "Chúng tôi tìm thấy một manh mối khác đến từ một biển đăng ký xe của Bộ Giao thông vận tải. Qua truy xuất nguồn gốc tấm biển này, chúng tôi khám phá ra nó đã qua tay 6 người chủ, và người cuối cùng là Amrozi đang sống trong một ngôi làng nhỏ ở Tenggulun (Đông Java)”. Amrozi là em trai của Mukhlas. DSD đã kiểm tra chéo công việc của cảnh sát quốc gia Indonesia (POLRI) và xác định thêm một nhân vật khác liên quan đến vụ đánh bom: Ali Imron, cũng là em trai của Mukhlas.
Với sự giúp sức của DSD, các nhà điều tra đã lần ra danh tính những kẻ chế tạo bom (bao gồm chuyên gia chất nổ của Jemaah Islamiyah, Azahari Husin; tay tuyển dụng “các sát thủ” Rauf Abdul). Những tên sát thủ đã nhắm mục tiêu vào quán rượu Paddy's và Hộp đêm Sari. Phép đặc tam giác dữ liệu của DSD đã cho phép cảnh sát Indonesia và Australia đã giúp xác định chính xác vị trí địa lý của các nghi phạm bằng cách dùng thiết bị mà AFP đã mang tới Bali.
Được mệnh danh “kẻ đánh bom hay cười”, rất nhanh chóng Amrozi đã khai ra những tên đồng phạm. Kẻ chủ mưu loạt vụ đánh bom Mukhlas đã cố gắng trốn tránh việc bị phát hiện bằng cách thường xuyên tráo đổi thẻ sim mà không hề biết rằng DSD đang theo dõi hắn ta thông qua số IMEI trên điện thoại của gã, từ đó khiến gã bị POLRI tóm cổ ở miền Trung Java. Samudra cũng tráo đổi thẻ SIM và thường xuyên tắt, bật khi cần nhắn tin hay gọi, điều này càng giúp ích cho các nhà phân tích dữ liệu Indonesia và Australia có thêm cơ hội trong việc xác định hoạt động đáng ngờ.
Được trang bị dữ liệu địa lý chính xác trong vòng bán kính 500 mét và mô tả khuôn mặt do Amrozi cung cấp, cuối cùng Samudra cũng bị sờ gáy khi y đang có mặt ở bến phà Merak. Tướng Bachtiar nhớ lại: “Chúng tôi phát hiện ra Imam Samudra đang ngồi trong xe buýt để băng qua đường, trong lúc hàng loạt thủ phạm bị bắt trước hắn ta, chỉ trong vòng bán kính 500m”. Sau khi vụ án được phá và những thủ phạm phải đền tội, tướng Da'i Bachtiar đã cố vấn cho Tổng thống Megawati Sukarnoputri đầu tư trang bị cùng các công nghệ của Australia. Ông Mick Keelty cho rằng nếu không có sức mạnh của DSD thì cuộc điều tra có lẽ mãi rơi vào bế tắc.
Hệ thống chia sẻ thông tin tình báo Ngũ Nhãn 
Liên minh tình báo Ngũ Nhãn 
