Chiffriergerätebau : ENIGMA.

© Dr. Stuart Savory, 2001

ENIGMA

Wir haben oben festgestellt : Wir brauchen also ein Gerät mit einer Schlüssellänge die wesentlich größer ist. Ein solches Gerät wäre z.B. Eine Rotor-Maschine, wie die berühmte deutsche Enigma. Die Enigma wurde im WW2 von Hitler & die Wehrmacht verwendet, Churchill hatte im Bletchley Park damals seine Code-Knacker untergebracht. Im diesen Kapitel bauen wir ein einfaches Modell einer Enigma, um dessen Arbeitsweise zu sehen. Aber den Enigma mit Bleistift und Papier zu knacken werden wir nicht schaffen. Dazu braucht man schon einen Computer.

Eine Rotor Maschine wie die Enigma D hatte drei einfache Walzen (Rotoren) und eine so genannte Umkehrwalze. Der schweizer NEMA hatte 10 Walzen, um eine noch längere Schlüssel zu erzeugen. Bild 12 zeigt eine echte Enigma.

Bild 12 zeigt eine echte Enigma

Jeder der Walzen kann auch als St.Cyr Schieber dargestellt werden.

Walze 1 der Enigma D hatten wir mit unser erste Chiffrierscheibe dargestellt.

Als St. Cyr Schieber betrachtet, sah er so aus:-

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

LPGSZMHAEOQKVXRFYBUTNICJDW

Als St. Cyr Schieber betrachtet, sah Walze 2 der Enigma D so aus:-

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

SLVGBTFXJQOHEWIRZYAMKPCNDU

Als St. Cyr Schieber betrachtet, sah Walze 3 der Enigma D so aus:-

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

CJGDPSHKTURAWZXFMYNQOBVLIE

Der Umkehrscheibe sah so aus:-

IMETCGFRAYSQB

ZXWLHKDVUPOJN

Funktionsweise:

Angenommen alle Walzen standen zuerst in der o.g. Grundposition. Wir wollen meinetwegen als Klartext das 'Wort' XXX chiffrieren.

Mit der erste X gehen wir in Walze 1 (hier abgebildet) :-

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

LPGSZMHAEOQKVXRFYBUTNICJDW

und übersetzen X als J.

Mit diesen J gehen wir in Walze 2 (hier abgebildet) :-

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

SLVGBTFXJQOHEWIRZYAMKPCNDU

Und übersetzen J als Q.

Mit diesen Q gehen wir in Walze 3 (hier abgebildet) :-

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

CJGDPSHKTURAWZXFMYNQOBVLIE

Und übersetzen Q als M.

Der erste X wird also als M dargestellt.

Jetzt wo wir einen Buchstabe durch alle walzen übersetzt haben, drehen wir Walze 3 genau eine Stelle weiter. Als St. Cyr Schieber würde Walze 3 nun so aussehen:-

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

JGDPSHKTURAWZXFMYNQOBVLIEC

Mit der zweiten X gehen wir in Walze 1 (hier abgebildet) :-

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

LPGSZMHAEOQKVXRFYBUTNICJDW

und übersetzen X als J.

Mit diesen J gehen wir in Walze 2 (hier abgebildet) :-

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

SLVGBTFXJQOHEWIRZYAMKPCNDU

Und übersetzen J als Q.

Mit diesen Q gehen wir in Walze 3 (hier abgebildet) :-

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

JGDPSHKTURAWZXFMYNQOBVLIEC

Und übersetzen Q als Y.

Der zweite X wird also als Y dargestellt.

Jetzt wo wir eine zweite Buchstabe durch alle Walzen übersetzt haben, drehen wir Walze 3 wieder genau eine Stelle weiter. Als St. Cyr Schieber würde Walze 3 nun so aussehen:-

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

GDPSHKTURAWZXFMYNQOBVLIECJ

Mit den Q aus die erste zwei Walzen gehen wir in Walze 3 (hier ) :-

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

GDPSHKTURAWZXFMYNQOBVLIECJ

Und übersetzen Q als N.

Das dritte X wird also als N dargestellt. Jedes Mal haben wir also eine andere Substitution. Wir könnten nun fortsetzen. Wenn Walze 3 eine komplette Umdrehung gemacht hat, drehen wir Walze 2 genau eine Stelle weiter. Während Walze 3 wieder eine komplette Umdrehung macht werden weitere 26 Buchstaben chiffriert, aber anders als in seine erste Umdrehung, denn Walze 2 steht ja anders.

Wir könnten nun fortsetzen. Wenn Walze 2 eine komplette Umdrehung gemacht hat, sind 26*26=676 Buchstaben chiffriert worden, dann erst drehen wir Walze 1 genau eine Stelle weiter. Während Walze 2 wieder eine komplette Umdrehung macht werden weitere 26*26 =676 Buchstaben chiffriert, aber anders als in die erste Umdrehung von Walze 2, denn Walze 1 steht ja anders.

Es dauert als 26*26*26= 17576 Buchstaben bis eine Wiederholung vorkommt.

Die hier stark vereinfachte Enigma D hier hat eine Schlüssellänge von 17576. Eine echte Enigma hatte (bedingt durch den Umkehrwalze, der es verhinderte, daß eine Buchstabe als sich selber chiffriert wurde, nur eine Schlüssellänge von26*26*25=16900). Wir wurden also etwa 600.000 Buchstaben - also etwa 300 Seiten - Geheimnachrichten brauchen, die alle mit derselben Anfangsstelle der Walzen chiffriert wären um eine Kasiski Angriff darauf montieren zu können.

In der Praxis hatte man auch eine Umkehrwalze am Ende des Geräts. Da gingen die Ergebnisse der erste Walzendurchlaufe ( aus XXX wurde MYN) hinein und kamen durch einfachen Tausch als XPB wieder aus. Dieses XPB lief dann zurück durch die drei Walzen. Dazu kam auch noch der SteckerBrett, die man im Bild 12 vorne sieht. Er macht wieder eine monoalphabetische Substitution.

In Bild 13 (unten) sehen Sie eine einfache Modell aus 3 Chiffrierscheiben (+1 Umkehrwalze) mit der Walzenkodierung der Enigma D. Hiermit kann man die Arbeitsweise eine Rotor Maschine gut zeigen, jedoch ohne Tastatur und Steckerbrett.

Bild 13 : funktionale Modell der Enigma D

In der Praxis ging aber der Sender etwas anders vor. Denn er könnte seine Anfangsstelle der 3 Walzen selber bestimmen. Zuerst schlug er in einem Handbuch nach, um die Standardeinstellungen für einen bestimmte Tag (heute) festzustellen. Da stand in welcher Reihenfolge die Walzen in der Maschine zu platzieren waren. (Also hier gab es 1*2*3 = 6 Alternativen). Dann stand auch wie die Scheiben zu stellen waren, also eine tagesspezifische Anfangsstellung - zum Beispiel ‘WSX’, sowie eine tagesspezifische Steckbrett Belegung.

Jetzt wählte der Sender seinen eigenen 3-stelligen Code für seine zukünftige Sendung (dies wird der Startposition der Walzen für der Nachricht der folgen sollte, sein). Für jede Nachricht einen anderen Code, eine andere Startposition also. Nur diese 3-stellige Code, z.B. ‘QWE’ wurde mit der tagesspezifische Anfangsstellung ‘WSX’ übertragen. Daraus wurde z.B ‘MNB’.

Damit konnte der Empfänger seine Enigma zuerst in die tagesspezifische Anfangsstellung ‘WSX’ bringen und die empfangene ‘MNB’ als ‘QWE’ dechiffrieren. Dann stellte er die nachrichtenspezifische Anfangsstellung des Senders ein, also ‘QWE’. Damit konnte er dann die Geheimnachricht entziffern.

Aber wie man eine Enigma knackt ist eine ganz andere Geschichte, lang und spannend. Die Briten verwendete im zweiten Weltkrieg dazu eine sogenannte Turing Bombe was eine parallel arbeitende Sammlung von Drehschalter war, der sämtliche Kombinationen nach eine plausible "Menu" durchsuchte. Da dies elektromechanisch ablief, war es recht warm und sehr laut in dessen Zimmer! Lesen Sie dazu die entsprechende Literatur bitte, denn dafür reicht der Platz hier nicht, wie Monsieur Fermat zu schreiben pflegt :-)
Die Briten - perfide Albion! - verkauften beschlagnahmte deutsche Enigmas ab 1945 an etliche Regierungen dieser Welt!
Die Schweizer, die nicht wussten, daß die Briten die Enigma geknackt hatten, verwendete ihre Schweizer vier-Rotoren Enigma sogar bis 1991. Als "Sicherheitsmaßnahme" hatten sie lediglich die Rotoren neu (anders) verdrahtet.

Man muß ja die Verdrahtung herausbekommen. Die Russen im Kalten Krieg gab eine ihre Agenten ein besondere Gerät mit, damit er in der USA Zugang zu den Rotoren schaffen könnte, die Rotoren 'herauslesen' und sie unbemerkt zurücklegen könnte.

Es gab auch früher (vor der zweite Weltkrieg) auch sich drehende, nicht-elektrische, Kryptomaschinen hier ein Foto der federgetriebene 'Kryha', hergestellt in Berlin ca. 1926. Der Kryha hatte aber eine feste Zykluslänge von 442 und war einfach zu "knacken". Zum gleichen Zeit wie der Enigma verwendeten die Amerikaner den M-209 der sechs (auch rein mechanischen) Räder hatte (ein sog. "Lug and Pinwheels" Design). Da die Bewegungen regelmäßig waren, wurde die M-209 von den Deutschen geknackt.

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