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Universal Enigma (v2.6.2) 17 Modelle | Frei kombinierbar | Uhr; UKW-D Start=> enigma-u_v262.html |
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Schwedische Enigma B (v2.6.1 EN) SGS, 1925 | S.Nr. A-133 | 28-stellige Walzen Start=> enigma-a133_v261_en.html |
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Enigma Z30 (v2.6.2/b EN) "Zahlen-Enigma" (1930) | 2 Modelle Start=> enigma-z_v262b_en.html |
| ————— ältere Versionen ————— |
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Universal Enigma (v2.5) 14 Modelle | Frei kombinierbar | Uhr; UKW-D Start=> enigma-u_v25.html |
| —————— Werkzeuge —————— |
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von Daniel Palloks
Der Name Enigma steht für die wohl berühmteste Familie elektromechanischer Verschlüsselungsmaschinen. Enigmas wurden v.a. von Deutschland im 2. Weltkrieg benutzt. Die Umstände der Entschlüsselung ihrer Funktionsweise in Polen und die Aktivitäten der Codebrecher im englischen Bletchley Park sind mittlerweile legendär. Viele tausend Menschen waren daran beteiligt, darunter einige geniale Mathematiker und Ingenieure.
Die Enigma arbeitete nach dem Prinzip der polyalphabetischen Substitution (Buchstabenersetzung nach veränderlichem Muster) mit schrittweise rotierenden, per Übertrag gekoppelten Walzen, ähnlich wie bei einem mechanischen Zählwerk. Innerhalb einer Walze wurde jede Buchstabenposition umkehrbar eindeutig in eine andere Position überführt; diese Ersetzung war fest verdrahtet. Durch die Kombination und Rotation der Walzen wurden allerdings äußerst komplexe Substitutionen möglich. Außerdem konnte die interne Walzenverdrahtung als Ganzes gegenüber der äußeren Beschriftung – und den Übertragskerben – versetzt werden ("Ringstellung"). Darüber hinaus war es bei einigen Modellen möglich, auf einem Steckerbrett zusätzliche Buchstabenvertauschungen temporär fest vorzugeben (zu "steckern").
Kurz vor Kriegsende wurden dann noch eine spezielle Umkehrwalze (UKW-D), deren innere Verdrahtung sich verändern ließ, sowie ein Zusatzgerät für das Steckerbrett, die sog. Enigma-Uhr (Stecker-Uhr), eingeführt. Mit der "Uhr" konnten die gesteckerten Verbindungen nochmals untereinander verwirbelt werden, und zwar auch auf nicht-symmetrische Weise. Die Uhr wirkte also ähnlich wie eine einstellbare, nicht rotierende Walze für die Ein- und Ausgänge der Stecker.
Bedient wurde die Enigma über eine schreibmaschinenähnliche Tastatur; die Ausgabe erfolgte auf einem identisch zur Tastatur ausgelegten Lampenfeld. Das Tastensignal lief in jedem Schritt zunächst durch eventuell vorhandene Stecker, dann über die Eintrittswalze und die Rotorwalzen bis zur Umkehrwalze und von dort – auf einem anderen Pfad, aber bei gleicher Walzenstellung – zurück durch alle Walzen und die Stecker bis schließlich zur Lampe für den kodierten Buchstaben. Dieser war also niemals identisch mit dem Klartextbuchstaben, was sich als die gravierendste Schwäche im Verschlüsselungskonzept der Enigma herausstellen sollte. Durch die symmetrisierte Signalführung (und die damit erzielte symmetrische Verschlüsselung) konnte aber eine Nachricht mit derselben Maschinen-Einstellung entschlüsselt werden, mit der sie kodiert worden war.
Es gab eine ganze Reihe unterschiedlicher Enigma-Modelle für die zivile und militärische Nutzung, außerdem spezielle Konfigurationen für den Export. Auch innerhalb einer Baureihe existierten mitunter verschiedene Varianten. Ein "Stammbaum" findet sich in den Links.
Am bekanntesten sind heute die Enigma-Modelle I, M3 und M4, die auch die am weitesten verbreiteten waren, sowie die Enigma G (Abwehr-Enigma).
Die Modelle I und M3 besaßen drei rotierende Walzen und feste Eintritts- und Umkehrwalzen (ETW, UKW). Sie wurden von der Wehrmacht inkl. Kriegsmarine (nur M3) benutzt, mit Ausnahme der U-Boot-Flotte. Diese verwendete das weiterentwickelte Modell M4, bei dem eine zusätzliche einstellbare (aber nicht rotierende) Walze, die sog. Griechenwalze, in Kombination mit einer dünneren UKW zum Einsatz kam, was in der Standardkonfiguration "abwärtskompatibel" zu den Modellen I und M3 war. – Alle Modelle dieser "M-Linie" (dazu gehören etwa auch die norwegische Enigma N und die "Sondermaschine" des Militärischen Amtes) verfügten auch über ein Steckerbrett.
Daneben existierte ein kommerzieller Zweig von Enigma-Maschinen, der für die Industrie und den Export vorgesehen war. Diese Enigmas sind ähnlich aufgebaut wie die der M-Linie, aber ohne Steckerbrett, dafür mit einer stellbaren (aber nicht rotierenden) Umkehrwalze. Ausgangspunkt dieser Linie war die Enigma D (später Enigma K genannt), und bekannte Modelle sind die sog. "Swiss-K", die Reichsbahn-Enigma, die japanische "Tirpitz", aber auch die vom Mil Amt genutzte und mit der konfigurierbaren UKW-D ausgestattete Enigma KD.
Die kompakte Enigma G der Spionageabwehr, ein technisches Kleinod, verfügte im Gegensatz zu den anderen Modellen über ein echtes Getriebe anstelle des sonst üblichen Sperrklinken-Mechanismus. Sie hatte außerdem eine rotierende UKW und Rotorwalzen mit einer größeren Zahl von Übertragskerben, jedoch kein Steckerbrett. Eine Vorgängerversion war die "Zählwerk-Enigma" (A28), die auch kommerziell genutzt wurde.
Darüber hinaus gab es auch Spezialausführungen, wie z.B. ein für Schweden produziertes Modell mit 28-stelligen Rotoren, und exotische Modelle wie die Enigma Z (Z30, "Zahlenenigma"), deren Walzen nur zehn Positionen hatten, nämlich die Ziffern 0-9, und mit der sich Zahlenbotschaften verschlüsseln ließen.
Die Enigma-Modelle lassen sich bezüglich ihrer Mechanik für den Walzenvortrieb in zwei Klassen einteilen: solche mit Hebelmechanik, also durch Sperrklinken weitergeschaltet (was bei der mittleren Walze zur sog. Doppelschritt-Anomalie führt, s. Features) – und solche mit Zahnradgetriebe, die wie ein normales Zählwerk umschalten. Die M-Modelle und die meisten kommerziellen Maschinen gehören zur ersten und die Abwehr- und Zählwerk-Maschinen zur zweiten Klasse. Innerhalb einer Klasse variieren dann nur Details wie Verdrahtungen der Walzen, UKW-Stellbarkeit oder Vorhandensein eines Steckerbretts.
Als Codebrecher möchte man ja für alle Eventualitäten gewappnet sein; andererseits wäre es aber müßig, für jede Modellvariante eine eigene Simulation anzubieten. Hier kommt die "Universal Enigma" ins Spiel. Sie beinhaltet so gut wie alle Modelle mit 26-stelligen Rotoren, deren Spezifikationen derzeit bekannt sind. Außerdem hat sie die Stecker-Uhr mit an Bord und ab Version 2.5 auch die konfigurierbare Umkehrwalze 'D'.
Eine solche Enigma gab es historisch natürlich nicht! Die Bündelung in einer einzigen Simulation hat aber den Vorteil, alle Modelle auf kompakte Weise gleichzeitig verfügbar zu machen, so daß man schnell zwischen ihnen wechseln und ihre Ausstattung und Funktionsweise vergleichen kann (mittlerweile ist dies auch Standard bei anderen Enigma-Simulationen). Ein ausgewähltes Modell verhält sich dabei wie eine eigenständige Simulation, inklusive möglicher Einschränkungen bzgl. Walzenauswahl, Stellbarkeit der UKW usw. – Darüber hinaus lassen sich jedoch im Modus "Frei" sämtliche Maschineneigenschaften (auch die Antriebsmechanik) individuell festlegen und die Komponenten aller enthaltener Modelle nach Belieben kombinieren und so beispielsweise völlig neue Enigma-Varianten erzeugen.
Details und Spezifikationen finden sich im Abschnitt Features.
Aufbauend auf v2.6 der "Universal Enigma" stehen auch Simulationen für zwei exotischere Modelle zur Verfügung: Bei der Enigma Z30 ("Zahlen-Enigma") handelt es sich um eine Maschine mit 10-kontaktigen Rotoren zur ausschließlichen Verarbeitung von Zahlen. Die für den schwedischen Geheimdienst modifizierte Schwedische Enigma B (A-133) hat dagegen 28 Rotorpositionen und entsprechende Tasten/Lampen – nämlich drei zusätzliche Umlaute 'Å', 'Ä' und 'Ü', dafür aber kein 'W', das im Schwedischen selten ist und bei Bedarf mit 'VV' kodiert wurde.
Beide Maschinen haben (wie auch die Enigma D) Rotoren mit sog. trivialer Ringstellung, bei der lediglich der äußere Indexring gegenüber dem restlichen Rotor drehbar ist, die Verdrahtung und Übertragskerben aber ihre relative Position zueinander nicht ändern. Diese "Ringstellung" läßt sich durch einfaches Zurückdrehen des Rotors auf eine entsprechende Position vollständig kompensieren und ist daher kryptografisch nutzlos.
Die Z30 und die Schwedische Enigma liegen als separate Simulationen vor und sind nicht Teil der 'Universal Enigma', da sie wegen ihrer abweichenden Rotorgrößen nicht nur verschiedene Alphabete benutzen, sondern auch im Modus "Frei" ohnehin nicht mit den 26-kontaktigen Modellen kombinierbar wären.
… sowie folgende zusätzliche Komponenten:mit Hebelmechanik (Doppelschritt):
I "Services" (Heer; Luftwaffe)
M3 (Heer; Marine)
M4 "Shark" (U-Boote)
N "Norenigma" (Norwegen)
S "Sondermaschine" (Mil Amt) *
D (kommrz., 1926; triv. Ringstellung) **
K (kommerziell, 1927) ***
Swiss-K (Schweizer Luftwaffe)
R "Rocket" (Reichsbahn)
R° (Reichsbahn, authentische Verdrahtung) **
T "Tirpitz" (Japan)
KD (mit konfigurierbarer UKW) *
mit Zahnradgetriebe:
A28 / G31 "Zählwerk" (kommrz.)
G-111 (Ungarn / München)
G-260 (Abwehr in Argentinien)
G-312 (Abwehr / Bletchley Park)
G-401 "Group II machine" (Abwehr) **
[ Versionshistorie ]
Der Enigma-Schlüssel umfaßt die folgenden Komponenten:
Die ersten vier Punkte ergeben den tagesabhängigen Schlüssel, der Sender und Empfänger bekannt und in einem Codebuch verzeichnet war. Die Startpositionen der Walzen bilden den sog. Spruchschlüssel, der individuell für jede Übertragung neu festgelegt wurde.
Der Spruchschlüssel, der dem Empfänger zunächst nicht bekannt war, wurde durch den Sender chiffriert und zusammen mit der Nachricht gesendet. Dies erfolgte auf Basis des bekannten Tagesschlüssels in folgender Weise:
Der Empfänger wandte nun dieselbe Prozedur an (symmmetrische Verschlüsselung!): Er stellte den Tagesschlüssel ein und als Grundpositionen die erste Schlüsselgruppe (WPOS), tippte die zweite Gruppe (IPXH) und erhielt als Ergebnis den Spruchschlüssel (CODE). Dieser wurde nun als Walzenposition eingegeben, und die Nachricht konnte entschlüsselt werden.
* * *
Da die Walzen nur die Buchstaben A-Z enthalten, können auch nur diese direkt verschlüsselt werden. Zahlen und andere Zeichen müssen entweder mit speziellen, selten auftretenden Buchstabenkombinationen kodiert, weggelassen oder als Worte dargestellt werden. Dabei wurden unterschiedliche Systeme verwendet. Sehr oft stand aber z.B. das X für ein Trennzeichen (Komma; Punkt). In der militärischen Praxis wurde der Digraph "ch" in der Regel mit Q kodiert (also "acht" als "AQT"; "schön" als "SQOEN").
Um die Entschlüsselung zu erschweren (Erkennen von Zyklen), durfte eine Übertragung nicht mehr als 250 Zeichen enthalten. Danach mußte ein anderer Spruchschlüssel verwendet werden. Längere Nachrichten wurden deshalb in mehreren Teilen mit verschiedenen Spruchschlüsseln kodiert.
Manchmal wurde der Spruchschlüssel auch innerhalb eines Nachrichtenteils noch einmal geändert, dies wurde im Klartext durch vorher vereinbarte Codes angezeigt (z.B. "CYDE" für "linke Walze jetzt auf 'D' stellen").
NB: In der Simulation wäre in letzterem Fall der QWERTZU-Eingabemodus zu benutzen, weil dort die Walzenposition manuell geändert werden kann, auch wenn schon Text kodiert wurde. Die Änderungen wirken sich dann nur auf die nachfolgenden Eingaben aus.
Es war wichtig, die Struktur einer Nachricht möglichst variabel zu halten, da insbesondere Eigennamen und der Briefkopf ("Von... An...") leicht zu erraten oder abzuleiten waren. Gängige Abkürzungen mußten aus demselben Grund variiert werden. Ein weiteres Beispiel: Das Satzende wurde i.d.R. im Klartext mit X (für Punkt) abgeschlossen; das X ganz am Ende der Nachricht war daher zu vermeiden. Nicht immer wurden solche Vorkehrungen allerdings beachtet, was den Codebrechern sehr zu Hilfe kam.
Die Enigma I (auch Wehrmacht-Enigma) kann als Vorgängerin der M3 angesehen werden. Sie wurde bereits ab 1930 bei der Reichswehr eingesetzt und blieb bis Kriegsende das am häufigsten benutzte Modell.
Die Enigma I und die M3 sind kompatibel, wenn man folgendes beachtet:
Die Enigma M3 (und damit auch die Enigma I) kann mit der M4 emuliert werden. Dazu müssen ledigleich UKW und Griechenwalze "kompatibel" eingestellt werden:
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
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Letzte Änderung: 02.10.19
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