Enigma-M4

Dieser Artikel dient zur Ergänzung des Übersichtsartikels über die ENIGMA und konzentriert sich auf Besonderheiten der ENIGMA-M4. Er wird in den folgenden Tagen noch weiter ausgestaltet werden! --OS 10:27, 5. Feb. 2007 (CET)

Markenschild der ENIGMA

Die nur von den deutschen U-Booten eingesetzte Schlüsselmaschine ENIGMA-M4 ist die kryptographisch stärkste ENIGMA-Variante

Die ENIGMA-M4 ist eine Rotor-Schlüsselmaschine, die im Zweiten Weltkrieg im Nachrichtenverkehr der deutschen Marine zur geheimen Kommunikation zwischen dem Befehlshaber der U-Boote (BdU) und den im Atlantik operierenden deutschen U-Booten verwendet wurde. Im Gegensatz zu den von den anderen Wehrmachtsteilen benutzen ENIGMA-Varianten (siehe auch: Übersichtsartikel zur ENIGMA), also beispielsweise der von Heer und Luftwaffe eingesetzten ENIGMA I, die ebenso von anderen Dienststellen, wie Polizei, diplomatische Dienste, SD, SS, Reichspost und Reichsbahn benutzt wurde, und der von den deutschen Geheimdiensten verwendeten ENIGMA-G, zeichnet sich die ENIGMA-M4 durch vier Walzen aus. Damit ist sie kryptographisch deutlich stärker als die übrigen ENIGMA-Varianten, die nur drei Rotoren benutzen und konnte deshalb durch die Alliierten lange Zeit nicht gebrochen werden. Das Wort „Enigma“ (αίνιγμα) kommt aus dem Griechischen und bedeutet Rätsel.

Aufbau

Die wichtigsten Funktionsgruppen der ENIGMA Walzensatz=Rotors Lampenfeld=Lampboard Tastatur=Keyboard Steckerbrett=Plugboard

Prinzip und grundlegender Aufbau der ENIGMA ist im bereits erwähnten Übersichtsartikel beschrieben. Im Gegensatz zur dort im Mittelpunkt der Erläuterungen stehenden ENIGMA I ist die ENIGMA-M4 durch einige Besonderheiten gekennzeichnet. Der wichtigste Unterschied ist der Einsatz von vier Walzen gegenüber nur drei bei den anderen Modellen, die aus einem Sortiment von insgesamt acht plus zwei Walzen ausgewählt wurden.

Die Tabelle zeigt das Verdrahtungsschema der bei der ENIGMA M4 verfügbaren acht drehbaren Walzen (I bis VIII) der beiden dünnen Walzen („Beta“ und „Gamma“) und der beiden ebenfalls dünnen Umkehrwalzen (B und C):

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 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 UKW B dünn E N K Q A U Y W J I C O P B L M D X Z V F T H R G S UKW C dünn R D O B J N T K V E H M L F C W Z A X G Y I P S U Q

An der Gerätefront ist ein Steckerbrett mit doppelpoligen Steckbuchsen für jeden der 26 Buchstaben angebracht. Der Strom von der Buchstabentaste wird, bevor er die Eintrittswalze erreicht, über dieses Steckerbrett geführt. Nach Durchlaufen und Wiederverlassen des Walzensatzes fließt er ein zweites mal über das Steckerbrett und bringt schließlich eine der 26 Buchstabenlampen zum Aufleuchten. Die Buchstabenlampen sowie die Tastatur und die Steckbuchsen sind ähnlich wie bei einer deutschen Schreibmaschinentastatur angeordnet:

Q W E R T Z U I O A S D F G H J K P Y X C V B N M L

Bedienung

Linke Seite einer Walze. Links am Rand ist die Übertragskerbe zu erkennen.

Rechte Seite einer Walze. Die römische Zahl V kennzeichnet diese Walze.

Bei der ENIGMA-M4 standen acht unterschiedliche Walzen zur Verfügung, die mit römischen Zahlen (I, II, III, IV, V, VI, VII und VIII) durchnummeriert waren und die an jeder der drei rechten Positionen im Walzensatz eingesetzt werden konnten. Ferner gab es zwei weitere etwas dünnere Walzen, die nur an der Position ganz links Platz fanden. Diese waren zur Unterscheidung mit griechischen Buchstaben gekennzeichnet und wurden knapp als die „Griechenwalzen“ bezeichnet. Schließlich standen noch zwei Umkehrwalzen zur Verfügung, die sich ebenfalls durch ihre geringere Dicke von den in der ENIGMA I eingesetzten Umkehrwalzen B und C unterschieden und als Umkehrwalzen B dünn und C dünn bezeichnet wurden. Der Benutzer wählte nach Vorgabe einer geheimen Schlüsseltabelle, die für jeden Tag wechselnde Einstellungen vorsah, eine der beiden Umkehrwalzen, eine der beiden Griechenwalzen sowie drei der acht Walzen I bis VIII aus und setzte diese nach der im Tagesschlüssel unter der Überschrift „Walzenlage“ vorgeschriebenen Anordnung ein.

Die „Schlüsseltafel“ stellte tabellarisch für einen kompletten Monat die jeweils gültigen Tagesschlüssel dar, die um Mitternacht gewechselt wurden. Unten sind beispielhaft nur drei Monatstage dargestellt, wobei, wie damals üblich, die Tage absteigend sortiert sind. Dies erlaubt es dem Verschlüssler, die „verbrauchten“ Codes der vergangenen Tage abzuschneiden und zu vernichten.

Tag UKW --Walzenlage-- Ringstellung ---- Steckerverbindungen ---- 31 B Beta I IV III 16 26 08 AD CN ET FL GI JV KZ PU QY WX 30 C Gamma II V I 18 24 11 BN DZ EP FX GT HW IY OU QV RS 29 B Beta III I VI 01 17 22 AH BL CX DI ER FK GU NP OQ TY

Beispiel für den 31. des Monats: UKW B, Walzenlage Beta I IV III bedeutet, als Umkehrwalze ist die Walze B (dünn) zu wählen. Die Griechenwalze Beta ist links (als nichtrotierende Walze), dann Walze I (als langsamer Rotor) und Walze IV und schließlich Walze III rechts (als schneller Rotor) einzusetzen. Die Ringe, die außen am Walzenkörper angebracht sind und den Versatz zwischen der internen Verdrahtung der Walzen und dem Buchstaben bestimmen, zu dem der Übertrag auf die nächste Walze erfolgt, sind auf den 16., 26. beziehungsweise 8. Buchstaben des Alphabets einzustellen, also auf P, Z und H.

Die Ringstellung wurde oft (wie hier) numerisch und nicht alphabetisch verzeichnet, wohl um Verwechslungen mit den anderen Teilschlüsseln vorzubeugen. Als Hilfe für den Bediener ist innen im Gehäusedeckel der ENIGMA eine Umrechnungstabelle angebracht.

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 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Walzenfenster der ENIGMA-M4

Schließlich sind die an der Frontplatte angebrachten doppelpoligen Steckbuchsen mit entsprechenden doppelpoligen Kabeln zu beschalten. In der Regel wurden genau zehn Kabel eingesteckt. Die jeweils obere Buchse eines Buchsenpaars hat einen etwas größeren Durchmesser (4 mm) als die untere (3 mm), so dass die Stecker nur in einer Orientierung eingesteckt werden können. So wird sicher die gewünschte elektrische Überkreuzung und damit die Vertauschung der beiden Buchstaben erreicht. Sechs Buchstaben bleiben ungesteckert.

Nach Einstellung von Walzenlage, Ringstellung und Steckerverbindungen schließt der Bediener die oberhalb des Walzensatzes angebrachte Klappe und die Frontklappe. Letzteres bewirkt ein festes Andrücken der Stecker und eine sichere Kontaktgabe (sowie einen Schutz vor Ausspähen des Schlüssels). Nun muss der Benutzer noch die vier Walzen in eine definierte Anfangsstellung, genannt die Grundstellung, drehen, und die ENIGMA-M4 ist zur Verschlüsselung bereit.

Entzifferung

Das Herrenhaus (engl. the mansion) von Bletchley Park war die Zentrale der britischen Codeknacker und ist heute ein Museum

Der englische Codeknacker Alan Turing

Basierend auf den Ergebnissen, die polnische Codeknacker bereits vor dem Zweiten Weltkrieg erzielen konnten, arbeiteten britische Kryptoanalytiker seit Ausbruch des Zweiten Weltkriegs im etwa 70 km nordwestlich von London gelegenen Bletchley Park (BP) an der Entzifferung der ENIGMA. Das wichtigste Hilfsmittel dabei war – neben ihrer intellektuellen Leistungsfähigkeit und dem hohen Personaleinsatz von später bis zu etwa zehntausend Frauen und Männern – vor allem eine spezielle elektromechanische Maschine, genannt die Turing-Bombe, die vom englischen Mathematiker Alan Turing ersonnen wurde.

Das Grundprinzip geht von der ENIGMA I aus, bei der drei Walzen aus einem Sortiment von fünf Walzen eingesetzt werden und zunächst nur die Umkehrwalze B zur Verfügung steht. Die Umkehrwalze C, von den Briten lautmalerisch „Uncle Walter“ genannt, tauchte erst später und nur sporadisch auf. Für jede der 60 verschiedenen Walzenlagen gibt es 26³, also 17.576 Grundstellungen. Wenn man von den Ringstellungen und vom Steckerbrett absieht, gibt es „nur“ 60·17.576, also 1.054.560 Möglichkeiten für die Verschlüsselung eines Textes. Diese etwa eine Million unterschiedlichen Fälle sind von Hand in vernünftiger Zeit praktisch nicht durchzuprobieren. Mit Hilfe der Turing-Bombe jedoch, die motorbetrieben mit 120 Umdrehungen pro Minute während jeder Umdrehung 26 Fälle abarbeiten konnte, brauchte man nur noch 1.054.560/(26·120) Minuten, also rund sechs Stunden, um sämtliche Möglichkeiten durchzutesten. (Hinzu kommt noch die Zeit zum Einstellen und Umrüsten der Maschine auf die sechzig verschiedenen Walzenlagen.) Leistet man sich den Aufwand, sechzig Bomben einzusetzen, jeweils eine für jede Walzenlage, dann schrumpft die Zeit von sechs Stunden auf sechs Minuten – eine durchaus erträgliche Zeit. Tatsächlich waren bis zum Kriegsende mehr als 210 Bomben allein in England in Betrieb.

Walzensatz eines Nachbaus der Turing-Bombe

Entscheidend wichtig für die Funktion der Bombe sind Wahrscheinliche Wörter (Cribs), deren Auftreten man im Text erwarten kann. Fehlen diese, dann scheitert die Entzifferung. Beispielsweise gelang den Engländern der Einbruch in zwei Schlüsselkreise („Rocket II“ und „Rocket III“) der Deutschen Reichsbahn nicht. Grund war, wie sie nach dem Krieg zu ihrer Überraschung feststellten, nicht eine besonders sichere ENIGMA-Variante, sondern die ungewohnte „Eisenbahnersprache“ und die Art der Transportmeldungen, die ihnen das Erraten von Wahrscheinlichen Wörtern nicht erlaubte. Militärische Meldungen hingegen waren häufig stereotyp abgefasst und enthielten viele leicht zu erratende Cribs wie OBERKOMMANDODERWEHRMACHT, die die englischen Codeknacker zur Entzifferung nutzen konnten.

So gelang es unter dem Decknamen „Ultra“, beginnend mit Januar 1940 zunächst die von der Luftwaffe und später auch die vom Heer mit der ENIGMA I verschlüsselten Nachrichten nahezu während des gesamten Zweiten Weltkriegs kontinuierlich zu brechen. Im Jahr 1943 beispielsweise wurden (nach Jack Copeland) mehr als 80.000 Funksprüche pro Monat entziffert, also durchschnittlich mehr als 2500 jeden Tag.

Die nur von den deutschen U-Booten eingesetzte M4 ist kryptographisch stärker als die ENIGMA I

Die amerikanische Hochgeschwindigkeits-Version der Turing-Bombe erreichte mit 1725 Umdrehungen pro Minute fast die fünfzehnfache Geschwindigkeit ihres englischen Vorbilds und war speziell gegen die Vierwalzen-ENIGMA gerichtet

Etwas hartnäckiger zeigten sich die Verschlüsselungsverfahren der deutschen Marine, die eine Variante (ENIGMA-M3) mit drei aus acht Walzen (I bis VIII) sowie eine ausgeklügelte Spruchschlüsselvereinbarung nutzte. Hier gelang den Engländern der Einbruch erst im Mai 1941 nach Erbeutung des deutschen U-Boots U 110 mitsamt einer intakten M3-Maschine und sämtlicher Geheimdokumente (Codebücher). Eine Unterbrechung („Black-out“) gab es dann, als am 1. Februar 1942 die M3 (mit drei Walzen) exklusiv bei den U-Booten durch die M4 (mit vier Walzen) abgelöst wurde. Dieses von den Deutschen „Schlüsselnetz Triton“ und von den Engländern „Shark“ (deutsch: „Hai“) genannte Verfahren konnte zehn Monate lang nicht gebrochen werden, eine Zeit, in der die deutsche U-Bootwaffe erneut große Erfolge verbuchen konnte. Der Einbruch in Shark gelang erst im Dezember 1942, nachdem der britische Zerstörer HMS Petard im Mittelmeer das deutsche U-Boot U 559 aufbrachte. Ein Prisenkommando enterte das Boot und erbeutete wichtige geheime Schlüsselunterlagen wie Kurzsignalheft und Wetterkurzschlüssel, mit deren Hilfe es die Codeknacker in Bletchley Park schafften, auch die ENIGMA-M4 zu überwinden. Nun kamen auch die Amerikaner zu Hilfe, die unter Federführung von Joseph Desch in der National Cash Register Company (NCR) in Dayton, Ohio, ab April 1943 mehr als 120 Stück Hochgeschwindigkeitsvarianten der Turing-Bombe produzierten, die speziell gegen die M4 gerichtet waren. Danach waren die deutschen U-Boote nie mehr sicher.

Unmittelbare Folge der amerikanischen Entzifferungen war – beginnend mit U 118 am 12. Juni 1943 – die Versenkung von neun der zwölf deutschen U-Tanker („Milchkühe“) innerhalb weniger Wochen im Sommer 1943. Dies führte zu einer Schwächung aller Atlantik-U-Boote, die nun nicht mehr auf See versorgt werden konnten, sondern dazu die lange und gefährliche Heimreise durch die Biskaya zu den U-Boot-Stützpunkten an der französischen Westküste antreten mussten.

Authentischer Funkspruch

Kurze Mitteilungen und orthographische Fehler erschweren Entzifferungen, die sich auf statistische Analysen stützen. Als Beispiel dient eine Mitteilung von Kapitänleutnant Hartwig Looks, Kommandant des U-Boots U 264, die am 19. November 1942 mit einer ENIGMA-M4 verschlüsselt wurde. Vor der Verschlüsselung übertrug der Funker den Text in eine Kurzfassung, die er dann Buchstabe für Buchstabe als Geheimtext im Morsecode sendete. Dabei schrieb er auch Zahlen, Leerzeichen und Sonderzeichen um, da die ENIGMA nur Großbuchstaben verschlüsseln kann.

Klartext

Von Hartwig Looks:

Funktelegramm 1132/19, Inhalt:

Bei einem Angriff durch Wasserbomben wurden wir unter Wasser gedrückt. Der letzte von uns erfasste Standort des Gegners lag um 08:30 Uhr bei Marqu AJ 9863, Kurs 220 Grad, Geschwindigkeit 8 Seemeilen. Wir stossen nach. Wetterdaten: Luftdruck um 14 Millibar fallend. Wind aus NNO Stärke 4, Sichtweite 10 nautische Seemeilen.

Kurztext

Von Looks:

FT 1132/19 Inhalt:

Bei Angriff unter Wasser gedrückt, Wabos. Letzter Gegnerstand 0830 Uhr

AJ 9863, 220 Grad, 8 sm. Stosse nach. 14 mb. fällt, NNO 4, Sicht 10.

Klartext vor der Übertragung

VON     L OOKS   F  T  1    1    3    2      1    9    INHA LT   BEI ANGRIFF UNTER ...
 
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Geheimtext

nczw vusx pnym inhz xmqx sfwx wlkj ahsh nmco ccak uqpm kcsm hkse inju sblk iosx ckub hmll 
xcsj usrr dvko hulx wccb gvli yxeo ahxr hkkf vdre wezl xoba fgyu jquk grtv ukam eurb veks 
uhhv oyha bcjw makl fklm yfvn rizr vvrt kofd anjm olbg ffle oprg tflv rhow opbe kvwm uqfm 
pwpa rmfh agkx iibg

Der Geheimtext konnte am 2. Februar 2006 mit folgenden Parametern entziffert werden:

UKW B

Walzenlage „Beta“ 2 4 1

Stecker: AT BL DF GJ HM NW OP QY RZ VX

Ringe: AAAV

Spruchschlüssel: VJNA

Quelle siehe unter Weblink (unten): „Moderne Entzifferung der M4“

Chronologie

Im Folgenden sind einige wichtige Zeitpunkte zur Geschichte der ENIGMA-M4 aufgelistet:

23. Feb. 1918		Erstes Patent zur ENIGMA
1. Feb. 1942		Indienststellung der M4

Literatur

Ausführliches Literaturverzeichnis siehe Übersichtsartikel zur ENIGMA

• Arthur O. Bauer: Funkpeilung als alliierte Waffe gegen deutsche U-Boote 1939–1945. Selbstverlag, Diemen Niederlande 1997. ISBN 3-00-002142-6
• Friedrich L. Bauer: Entzifferte Geheimnisse, Methoden und Maximen der Kryptographie. Springer, Berlin 2000 (3. Aufl.). ISBN 3-540-67931-6
• Stephen Harper: Kampf um Enigma. Die Jagd auf U-559. Mittler, Hamburg 2001. ISBN 3-8132-0737-4

Weblinks

• Enigma Simulation für Windows (ENIGMA I, ENIGMA-M3 und M4, Freeware Download)
• The pinch from U 559
• Moderne Entzifferung der M4

Commons: Enigma – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien