Enigma im Verkehrshaus der Schweiz, Luzern

Die Enigma war eine elektro-mechanische Verschlüsselungsmaschine, die im Zweiten Weltkrieg im Funkverkehr des deutschen Militärs verwendet wurde. Das Wort Enigma kommt aus dem Griechischen und bedeutet Rätsel.

Konstruktion

Die Enigma wurde 1923 von dem Deutschen Arthur Scherbius konstruiert. Er gründete zur Produktion die Chiffriermaschinen AG Berlin. Die Maschine wurde zunächst als zivil-kommerzielles Chiffriersystem zum Verkauf angeboten und später weiterentwickelt.

Die Enigma bestand aus einer Schreibmaschinentastatur und mehreren Walzen. Sie ist daher vom Typ her eine Rotor-Chiffriermaschine wie die englische Typex oder die amerikanische M-325.

Diese Walzen hatten elektrische Kontakte. Wurde eine Taste gedrückt, so floss Strom von der Taste durch die Walzen bis zu einer Anzeige, wo ein Buchstabe aufleuchtete. Die angezeigten Buchstaben bildeten den ver- bzw. entschlüsselten Text. Da sich bei jedem Tastendruck die Walzen weiterdrehten, wurde der gleiche Buchstabe immer wieder anders verschlüsselt.

Noch heute wird eine Software-Variante dieser Maschine in einigen UNIX-Systemen verwendet (crypt).

Für die Standardversion der Enigma mit 3 Walzen und 4 vertauschten Buchstabenpaaren ergeben sich folgende Kombinationsmöglichkeiten

Lage der Walzen

es gibt Möglichkeiten, 3 Walzen in unterschiedliche Reihenfolgen zu bringen.

Anfangsstellung der Walzen

jede Walze kann in eine von 26 Stellungen gebracht werden, bei drei Walzen ergeben sich verschiedene Einstellungen.

Die drei Walzen alleine können also in Kombinationen angeordnet werden. Um die Sicherheit weiter zu erhöhen, hatte die Enigma zudem ein sogenanntes Steckerbrett, mit dem Buchstabenpaare durch Kabelverbindungen vertauscht werden konnten. Tippte man dann ein A ein, so nahm dieses zum Beispiel den Weg eines E ein, und umgekehrt.

Steckerbrett

Für die Auswahl von 4 Buchstabenpaaren aus 26 Buchstaben gibt es 164.038.875 Möglichkeiten:

Zunächst muss man aus 26 Buchstaben zwei auswählen, dann aus 24, aus 22 und zuletzt aus nur noch 20. Da die Reihenfolge, in der man die Paare auswählt, nicht von Belang ist, muss noch durch die Anzahl der Möglichkeiten, 4 Paare anzuordnen, dividiert werden. Mit dem Binomialkoeffizienten ergibt sich

Steckerbrett und Walzen zusammen erzeugen so 17.298.883.602.000 mögliche Schlüssel.

Die Entschlüsselung

Eine Gruppe polnischer Mathematiker um Marian Rejewski erzielte schon vor dem Zweiten Weltkrieg große Erfolge bei der Entschlüsselung von Texten, die mit der Enigma chiffriert waren. Die vor 1939 gebauten Versionen waren etwas einfacher konzipiert.

Die Tatsache, dass die Deutschen einen sog. Nachrichtenschlüssel, eine Gruppe von 3 Buchstaben, zu Beginn einer Nachricht zur Sicherheit immer zweimal sendeten, machte sich Rejewski zu Nutze, um den Suchraum des Codierungsschlüssels drastisch einzuschränken. Er entwickelte zudem einen Katalog mit "Fingerabdrücken" bestimmter Walzenkombinationen und -einstellungen.

Mit Hilfe elektromechanischer Rechenmaschinen, sog. Bomben, konnte innerhalb von Stunden der Tagesschlüssel ermittelt werden, der zum Verschlüsseln von Nachrichten diente und von den Deutschen täglich um 0 Uhr gewechselt wurde. 1939 verbesserten die Deutschen die Handhabung der Enigma. Es wurden fünf statt drei Walzen verwendet (wobei jedoch nur jeweils drei Walzen in der Maschine eingesetzt waren) und mit Hilfe eines Steckbretts 10 statt bisher 4 Buchstabenpaare vertauscht. Der dadurch weiter angewachsene Schlüsselraum konnte nur durch den Bau von 60 weiteren Bomben bewältigt werden.

Zwei Wochen vor dem deutschen Angriff auf Polen konnten das Wissen um die kryptographischen Schwachstellen, ein Konstruktionsplan der Bomben und zwei Kopien der Enigma nach Frankreich und Großbritannien geschmuggelt werden. Die Erkenntnisse des Biuro Szyfrów wurden von den Alliierten, vor allem in Großbritannien, weiter genutzt und verbessert. Dies ist einem Deutschen zu verdanken, der eine Funkerstelle beim Militär innehatte und sich für seine Entlassung nach dem 1.Weltkrieg an den Deutschen rächen wollte. Er nahm Kontakt mit dem französischem Geheimdienst auf. Er traf sich insgesamt dreimal mit einem Agenten mit dem Decknamen "Rex". Er selbst erhielt als Deckname die zwei Buchstaben "AH". Er lieferte den Franzosen Baupläne der Enigma, aber seine Pläne enthielten nicht die Verdrahtung der Enigma. Er wurde 1943 vom französischen Geheimdienst verraten und noch im selben Jahr hingerichtet.

Die Arbeiten der britischen Kryptoanalysten fanden in Bletchley Park unter dem Codenamen Ultra statt. Sie setzten die Arbeit an der Stelle fort, wo Rejewski aufhören musste und erreichten u.a. das Dechiffrieren der 1939 verbesserten Enigma-Version. Sie machten sich dafür v.a. Nachlässigkeiten der deutschen Chiffrierer zu Nutze: wiederkehrende oder schlecht gewählte Nachrichtenschlüssel, schematischer Nachrichtenaufbau (z.B. Wettermeldungen oder Positionsangaben), usw. Insgesamt arbeiteten etwa 7000 Frauen und Männer in Bletchley.

Einer der Wissenschaftler war der britische Mathematiker Alan Turing, dessen Arbeiten für die Informatik auch heute noch wegweisend sind. Gegen Ende des Krieges waren die Alliierten in der Lage, große Teile des deutschen Funkverkehrs zu entschlüsseln.

Allgemein wird die Kompromittierung des Enigma-Codes als einer der strategischen Vorteile angesehen, der maßgeblich zum Gewinn des Krieges durch die Alliierten geführt hat.

Nach dem Krieg wurden erbeutete Enigma-Geräte von den Siegermächten, vor allem von England und den USA, in den Nahen Osten und nach Afrika verkauft. Den Siegermächten war es so möglich, den Nachrichtenverkehr dieser Staaten zu enschlüsseln.

Parallele Verschlüsselungsmaschinen der Amerikaner

Parallel zu der deutschen Enigma-Maschine verwendeten die Amerikaner den TELWA-Code, die SIGABA-Maschine sowie die M-209 Maschine für strategische Funksprüche.

Der US-Verschlüsselungscode TELWA wurde von den Deutschen während des 2.Weltkriegs geknackt, der aus Buchstaben in Fünfergruppen bestand, wobei die Funksprüche immer mit der Buchstabenkombination TELWA anfingen - daher auch der Name. Bei dem TELWA-Code handelte es sich um einen Ersetzungs-Code, bei dem jeweils fünf Buchstaben eine gleichbleibende Bedeutung hatten. Die einzelnen Buchstaben in einer Fünfergruppe waren voneinander abhängig und durch die Untersuchung von Wiederholungen, beispielsweise am Anfang und am Ende von Funksprüchen, konnten die erste Fünf-Buchstaben-Kombinationen durch die Deutschen identifiziert werden, woraus sich eine mathematische Formel zum entschlüsseln des Telwa-Codes entwickeln ließ.

Die beim US-Militär weit verbreitete Verschlüsselungsmaschine M-209, deren Funktionsprinzip von dem schwedischen Unternehmer und Erfinder Boris Hagelin entwickelt worden war und von Boris Hagelin, der später die heute noch existierende Firma Crypto AG in der Schweiz gründete, hatte die erste Maschine dieser Baureihe - sie trug den Namen C-36 - im Jahr 1936 an das französische Militär verkauft. Kurz nach Kriegsbeginn fand er in den US-Streitkräften einen weiteren Großabnehmer, der die Funktionsweise des Geräts leicht abänderte und es anschließend M-209 taufte. Die Produktion fand in Lizenz in den USA statt. Insgesamt 140.000 Exemplare der M-209 wurden während des Kriegs hergestellt, wodurch diese die meistgebaute unter den öffentlich bekannten Amerikanischen Verschlüsselungsmaschinen im 2.Weltkrieg wurde. Als einstellbarer Schlüssel, auf einen Stangenkorb steckbare Reiter einzugeben waren 101.405.950 unterschiedliche Kombinationen möglich. Da jedoch die M-209 nur das verschlüsseln von Wörtern vorsah und nicht jedoch das verschlüsseln von Zahlen, die immer in Wörtern ausgedrückt werden mußten, lag hier der Ansatzpunkt der deutschen Kryptoanalysten. Die Dauer der zu entschlüsselnden Funksprüche dauerte oft bis zu einer Woche, wurde jedoch entscheident beeinflußt durch eine von den Deutschen gebaute Entschlüsselungsmaschine, die diese Arbeit in knapp 7 Stunden erledigen konnte und im September 1944 fertig gestellt werden konnte. Diese Entschlüsselungsmaschine, die aus vier Walzen mit je 26 Schlitzen sowie gestanzte Blechplatten und endlos viele verlöteten Kabelverbindungen bestand, mit einem erforderlichen Relais, die je von einer bis zu 256 Verbindungen aufbauen konnte. So entstand schließlich eine Maschine, die aus zwei Kästen bestand: einem in der Größe eines Schreibtisches, der die Relais und die vier Drehwalzen enthielt, sowie einem weiteren Kasten mit 80, 80 und 40 cm Kantenlänge. Letzterer Kasten enthielt 26 mal 16 Birnenfassungen, mit denen sich mit Hilfe von Birnen die Buchstaben der relativen Einstellung nachbilden ließen. Die entschlüsselten M-209 Nachrichten enthielten teilweise brisante Informationen und Hinweise auf bevorstehende Bombardierungen deutscher Städte, die meist etwa sechs bis acht Wochen vor der Durchführung in Funksprüchen angekündigt wurden. Ob und wie diese entschlüsselten Nachrichten von höheren deutschen Stellen genutzt wurden ist nicht bekannt.

Literatur

• Klaus Schmeh: Die Welt der geheimen Zeichen. W3L Verlag Bochum, 2004
• Simon Singh: Geheime Botschaften (The Code Book), 2001

Weblinks

• http://www.deutsches-museum-bonn.de/ausstellungen/meisterwerke/2_3enigma/enigma_d.html
• http://stud4.tuwien.ac.at/~e0125012/download/chiffriermaschinen.pdf
• Erklärung der Funktionsweise inklusive einer Simulation der Enigma vom Fachbereich Mathematik der Universität Wuppertal (http://www.matheprisma.uni-wuppertal.de/Module/Enigma/index.htm)
• Simulation einer Enigma-Chiffriermachine des 2. Weltkrieges (http://home.t-online.de/home/grey-wolf/uenigmaapplet/uenigmasimulation.htm)
• Flash-Simulation einer Enigma-Chiffriermaschine (http://www.enigmaco.de/)
• Freewareprogramm Enigma zum Ver- und Entschlüsseln von E-Mails und Dokumenten (http://www.freeware.de/software/Programm_Enigma_9870.html)
• http://www.deutsches-museum.de/ausstell/meister/enigma.htm
• http://sites.inka.de/hhg/crypto/dhecht/Enigma.html
• http://www.fh-wilhelmshaven.de/~agieck/code/enigma.htm
• http://www.informatica-didactica.de/Lehre/SPS/EnigmaBochan.pdf

Siehe auch: WikiProjekt Kryptologie