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Enigma

 

Hintergrund

Bei der Enigma (griechisch für „Rätsel“) handelt es sich um ein Chiffriergerät, das im Jahr 1926 von dem Deutschen Arthur Scherbius patentiert wurde.1 Die Enigma war ursprünglich für zivile Zwecke vorgesehen und wurde von einer von Scherbius gegründeten Firma verkauft. Ende der zwanziger Jahre begann die Wehrmacht damit, die Enigma für militärische Zwecke einzusetzen, so dass sie vom Markt verschwand. Es wird geschätzt, dass während des Zweiten Weltkrieges über 30.000 Enigma-Maschinen produziert wurden, einige Schätzungen reichen bis 200.000 Stück.2

Während des Krieges wurde die Enigma ständig verbessert, so dass über 50 verschiedene Variationen entstanden. Trotzdem schafften es polnische und britische Kryptoanalytiker immer wieder, Funksprüche der Deutschen zu knacken, was den Kriegsverlauf entscheidend beeinflusste. Der polnische Geheimdienst besaß eine Enigma aus der Zeit, wo diese noch frei erhältlich war. Später gelang es polnischen Mathematikern, die Verdrahtung der Enigma der Wehrmacht zu rekonstruieren, und schon wenige Monate später konnten sie den Schlüssel bestimmen, so dass die Enigma geknackt war –  bis zum Einsatz einer neuen Variante mit neuer Verdrahtung. Im Laufe der Zeit entwickelten zuerst die Polen und später auch die Briten Maschinen, um die deutschen Nachrichten einfacher zu knacken. Bis zum Ende des Zweiten Weltkrieges beschäftigten die Briten bis zu 7000 Mitarbeiter in einem Dechiffrierungs-Zentrum: Dort versuchte man, mit Hilfe der von Alan Turing entwickelten „Turing-Bombe“, die deutschen Funksprüche zu entschlüsseln.1


Abb. 1: Enigma3

 

Funktionsweise

Die Enigma besteht aus sechs Hauptkomponenten:
•    Einem Tastaturfeld, ähnlich wie bei einer Schreibmaschine.
•    Einem Lampenfeld, welches den Ausgabebuchstaben signalisiert.
•    Einem Walzensatz.
•    Einem Reflektor.
•    Einem Steckbrett.
•    Einer Batterie.


Abb. 2: Aufbau der Enigma4

Das Steckbrett enthält 26 Buchsen, jeweils beschriftet mit einem Buchstaben. Wird auf der Tastatur eine Taste gedrückt, so wird durch die Batterie eine elektrische Spannung auf die Leiterbahn des gedrückten Buchstabens gelegt. Diese Leiterbahn führt normalerweise direkt zu den Walzen, außer wenn der zuvor gedrückte Buchstabe auf dem Steckbrett mit einem anderen Buchstaben verbunden ist. In diesem Fall läuft der Strom über diese Steckverbindung und erst anschließend auf der Leiterbahn des gesteckten Buchstabens zu den Walzen.

Die Leiterbahnen jeder einzelnen Walze sind willkürlich verdrahtet. Die Walzen lassen sich drehen und je nach Stellung der Walzen entsteht eine andere Leiterbahn, die zum Reflektor führt. Von dort aus läuft der Strom noch einmal über alle Walzen zurück. Wenn, wie in Abb. 16 zu sehen, die Spannung am Ende auf der Leiterbahn von Y liegt, leuchtet das Lämpchen für den Buchstaben Y auf, außer wenn Y über das Steckbrett mit einem anderen Buchstaben verbunden ist. In diesem Fall würde der entsprechende Buchstabe dann aufleuchten (hier Q).

Um mit der Enigma eine Nachricht zu dechiffrieren, muss also bekannt sein, welche Walze an welcher Stelle einzusetzen ist, und deren jeweilige Ringposition, die den Versatz der inneren Verdrahtung einer Walze zu dem Übertrag auf die nächste Walze bildet. Außerdem muss bekannt sein, welche Steckverbindungen auf dem Steckbrett zu tätigen sind. Da nach jedem Tastendruck die Walzen der Enigma, je nach Position mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, rotieren, ist es auch erforderlich, die Anfangsposition der Walzen zu kennen.

 

Sicherheit

Die Enigma verstößt gegen Kerckhoffs’ Prinzip: „Die Sicherheit eines Kryptosystems darf nicht von der Geheimhaltung des Algorithmus abhängen. Die Sicherheit gründet sich nur auf die Geheimhaltung des Schlüssels.“. Die Sicherheit der Enigma hängt jedoch ganz entscheidend von der Geheimhaltung der Walzenverdrahtung ab, die als Teil des Algorithmus anzusehen ist.

Der Reflektor ermöglicht, dass mit der Enigma chiffriert und dechiffriert werden kann, ohne weitere Anpassungen vornehmen zu müssen. Außerdem könnte angenommen werden, dass der Reflektor zur Sicherheit beiträgt, da der Strom zweimal durch alle Walzen geleitet wird. Dies ist jedoch ein Fehler, denn der Reflektor verhindert, dass ein Buchstabe auf sich selbst abgebildet werden kann; der Strom kann schließlich nicht auf der gleichen Leiterbahn zurückfließen. Diese Eigenschaft kann sich ein Angreifer zu Nutze machen. Wenn er ein längeres Wort der Botschaft zu kennen glaubt, schiebt er dieses Wort einfach so lange über den Geheimtext, bis kein Buchstabe mehr auf sich selbst abgebildet wird. Dann hat er eine gute Chance, ein Klartext-/Geheimtext-Paar gefunden zu haben.1

 

Details

Die Enigma zählt zu den Rotorchiffren, da die Walzen nach jedem Tastendruck rotieren. Ohne diese Rotation wäre die Enigma nicht sicherer als die Caesar-Chiffre, denn sie wäre mit einer Häufigkeitsanalyse leicht zu knacken.

 

Weblinks

http://de.wikipedia.org/wiki/Enigma_(Maschine)
http://www.phil.canterbury.ac.nz/personal_pages/jack_copeland/pub/etsamp.pdf

 

Einzelnachweise

1 Schmeh, Klaus: „Kryptografie“, dpunkt.verlag, 2007, S. 56ff
2 Bauer, Friedrich: „Entzifferte Geheimnisse“, Springer, 2000, S. 117
3 SSPL / Science Museum
4 Copeland, Jack: "Enigma", Abrufdatum: 2009-01-14, S. 223

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