02 Polyalphabetische Verschlüsselung – ENIGMA

Die Enigma (vom griechischen Wort “ainigma” = Rätsel) ist der unangefochtene Star unter den Verschlüsselungsmaschinen des zweiten Weltkrieges. Nicht weil sie die Beste, sondern weil sie die mit Abstand bekanntest ist. Wobei sie wirklich gut und beinahe nicht zu knacken gewesen ist.

Rein technisch ist Enigma eine Rotor-Schlüsselmaschine, bei der jeder Buchstabe des Klartextes mit einem anderen Schlüsselalphabet verschlüsselt wird. Sie beherrscht also die polyalphabetische Substitution, die damit dank der maschineller Unterstützung ab ca. 1920 einfach und – theoretisch – für Jedermann sicher anwendbar war. Relativ sicher zumindest, sofern man bestimmte Regeln beachtete und auch nur, solange es noch keine Maschinen gab, die beim Entschlüsseln helfen. Arthur Scherbius hat die Enigma erfunden. Etwa zeitgleich mit ihm sind in anderen Ländern ähnliche Geräte patentiert worden. Anfangs war sie für zivile Zwecke konzipiert worden. Da der erste Weltkrieg aber einen deutlichen Mangel an sicheren und dennoch einfach zu bedienenden Verschlüsselungsmethoden deutlich gemacht hatte, zeigte das Militär recht bald Interesse an den Geräten des Herrn Scherbius. Dieser konnte den Siegeszug seiner Erfindung leider gar nicht mehr genießen, er starb 1929 an den Folgen eines Verkehrsunfalls (mit einem Pferdefuhrwerk!). Dafür blieb es ihm auch erspart mitzuerleben, dass sein Baby eben doch nur FAST unknackbar gewesen ist. Letztlich schreiben viele Historiker, dass Enigma kriegsentscheidend gewesen ist. Vor allem des Umstandes wegen, dass in den letzten Kriegsjahren viele deutsche Funksprüche vom Feind mitgelesen werden konnten. Dank dem Geschick der Alliierten, was die Nutzung dieser Informationen anging, blieben die Deutschen bis zum Kriegsende von der Sicherheit ihrer Verschlüsselung überzeugt. Ein in meinen Augen sehr spannendes Stück Zeitgeschichte, was wohl auch den Reiz der Enigma als Rätselinhalt erklären dürfte.

Ein bisschen zur Technik

Es gab im Laufe der Jahre eine Fülle an Enigmas. Die bekanntesten (und beim Geocachen auch am häufigsten benutzten) sind die Enigma I, Enigma M3 und die Enigma M4. Die Zahlen drei und vier beziehen sich hier auch auf die Anzahl der Walzen, die sich mit jedem verschlüsselten Buchstaben um eine Position weiter drehen und jeweils eine neues Verschlüsselungsalphabet erzeugen. Die M4 war somit sicherer als ihre kleine Schwester mit nur drei Walzen und wurde bei der Marine zur Kommunikation mit den U-Booten benutzt.

Neben den Walzen (austauschbar, bis zu 8 verschiedene normale plus Beta und Gamma als vierte Walze bei der M4) hatten die hier relevanten Enigmas noch eine Umkehrwalze (UKW-B oder C), außerdem eine Tastatur, ein Lampenfeld, was den ver-/bzw. entschlüsselten Buchstaben darstellte und ein Steckbrett, mit dem die Buchstaben noch einmal paarweise verwürfelt worden sind; wodurch die Sicherheit der Verschlüsselung noch einmal enorm verstärkt worden ist.

Die genaueren technischen Details spare ich mir hier, da es schon mehr als genug wirklich gute Erklärungen, Bau- und Schaltpläne sowie mathematische Betrachtungen zu Schlüsselstärken und Entschlüsselungsalgorithmen im großen, weiten Web gibt.

Ich helfe dafür hoffentlich in ausreichender Kürze dabei, mit den im (Geocaching-) Rätsel vorhandenen Informationen den verschlüsselten Text in Klartext zu übersetzen.

Die Enigma entschlüsseln nur echte Freaks „zu Fuß“, die letzten dürften es vor etwa 60 Jahren getan haben. Weniger tapfere Naturen bedienen sich heutzutage der dafür reichlich vorhandenen Software. Empfehlen kann ich den Download von Dirk Rijmenants hervorragender Enigma-Simulation. Ebenfalls empfehlenswert sind diese online-Varianten der Sternenhimmelsstürmer und Enigmaco. Und vermutlich viele weitere, die ich nicht näher kennengelernt habe.

Und wie geht das nun?

Enigma kann nur Großbuchstaben, keine Ziffern oder Satzzeichen verschlüsseln. Letztere wurden einfach durch ein X ersetzt, Ziffern ausgeschrieben. Eigennamen wurden üblicherweise verdoppelt und mit X umschlossen. Außerdem das „ch“ durch den Buchstaben Q ersetzt. Anschließend wurde der Text in Fünfergruppen dargestellt und nun verschlüsselt.

Dazu benötigte man den Tagesschlüssel, der die Grundstellung der Enigma beinhaltete. Also die Angabe, welche der Walzen benutzt wird (die sogenannte Walzenlage I, II, III, … sowie Gamma und Beta, falls es eine M4 war), welche Umkehrwalze (UKW-B oder -C), die Grundstellung des inneren Rings dieser Walzen (Ringstellung, Walzenstellung, entweder in Buchstabenwerten A=1, B=2,… oder in Buchstaben ausgedrückt), sowie die Buchstabenvertauschungen (Steckerverbindungen) vom Steckbrett.

Zum Entschlüsseln werdet ihr irgendwo diese Informationen finden, die seinerzeit in der Realität und heutzutage, wenn wir damit spielen, gerne auf Monatsblättern, von unten nach oben aufsteigend, dargestellt werden. Von unten nach oben, damit man den Schlüssel vom Vortag abscheiden und wegwerfen kann. Gedruckt wurden diese Blätter häufig auf Löschpapier, damit man sie bei Bedarf einfach vernichten kann.

Beispiel-Tagesschlüssel (Enigma I):

Es gab viele verschiedene Tagesschlüssel, je nach Anwendungsgebiet bzw. Empfängergruppe. Damit der Entschlüsselnde sich sicher sein konnte, dass die Nachricht für ihn bestimmt war und er sie in Klartext umwandeln konnte, gab es häufig beim Tagesschlüssel noch eine (ebenfalls täglich wechselnde) Kenngruppe. Diese wurde dann der verschlüsselten Nachricht unverschlüsselt vorne angestellt.

Das alles wirkt zwar schon ausreichend wirr, reichte als Sicherheit aber noch nicht, da mit dieser Methode eine große Anzahl von Funksprüchen eines Tages auf die gleiche Art verschlüsselt worden wären. Also musste der Verschlüsselnde sich häufig noch die äußere Walzenstellung (den Spruchschlüssel) selber ausdenken und ihn mit einer ebenfalls selbst ausgedachten Buchstabenfolge verschlüsseln.

Die Enigma stellte er dann (innen) in die Grundstellung des Tages laut Tagesschlüssel, wählt die drei (oder vier) Buchstaben des selbst ausgedachten Spruchschlüssels an den äußeren Walzenstellungen und tippte seine drei ausgedachten Buchstaben. Die Verschlüsselungsmaschine verschlüsselte diese und lieferte als Antwort drei andere Buchstaben. Dieser so verschlüsselte Spruchschlüssel wird zusammen mit der gewählten Grundstellung der Enigma Nachricht – unverschlüsselt – vorangestellt.

Eine korrekt verschlüsselte Enigma-Nachricht hatte im Kopf die Uhrzeit (als vierstellige Zahl, z.B. 1130 für halb zwölf Uhr), die Zeichenlänge des Funkspruches, die Grundstellung sowie den damit verschlüsselten Spruchschlüssel. Anschließend folgte die verschlüsselte Nachricht in Fünfergruppen, gegebenenfalls mit der vorangestellten dreistelligen Kenngruppe, die um zwei Füllbuchstaben zu einer üblichen Fünfergruppe aufgestockt worden ist.

Ein Beispiel zum Nachspielen und Verstehen

1. Verschlüsseln

Nimmt man als Beispiel den oberen Tag 29 und stellt die Enigma M3 auf folgende Grundstellung

innen (der Bereich, der sich nur täglich einmal änderte):
UKW-C
Walzen Nummer I IV III
Ringestellung der Walzen 12 18 22
Steckerverbindungen CY EL FH GS IJ KQ MW PV RZ TU

Außen (der Bereich, den der Verschlüsselnde sich selber jedesmal neu ausdenken musste)
die Grundstellung PLR und tippt nun den ausgedachten Spruchschlüssel: NVD

Die Enigma gibt als Antwort ein WGT zurück.

Der somit als WGT verschlüsselten Spruchschlüssel wird dem Empfänger zusammen mit der zufällig gewählten Grundstellung PLR im Kopf des Nachricht mitgeteilt.

Verschlüsselt wird Text des Funkspruches dann mit dem gewählten Spruchschlüssel, hier also NVD, auf den die Walzen (außen) eingestellt und der Text eingegeben wird. In meinem Beispiel lautet dieser:

Hier wäre ich ohne Geocaching nie hingekommen!

Also in Enigma-Schreibweise: HIERW AEREI CHOHN EGEOC ACHIN GNIEH INGEK OMMEN X

Verschlüsselt schaut er so aus: JOPVV QKJZS FNXNJ RUMXT NLQGQ RPEPJ HTLGI SKWLT Z

Das ergäbe nun mit einem korrekten Schlüsselkopf folgenden Funkspruch: 2333 55 PLR WGT YZUIX JOPVV QKJZS FNXNJ RUMXT NLQGQ RPEPJ HTLGI SKWLT Z  

2. Entschlüsseln

Der Empfänger guckt nun zuerst ob er die Kenngruppe (irgendwo in den ersten 5 Buchstaben) in seinem Tagesschlüssel hat. ZUI gibt es dort, also kann er die Nachricht entschlüsseln. Er stellt die Enigma passend ein

C I IV III 12 18 22 CY EL FH GS IJ KQ MW PV RZ TU

und erhält den noch fehlenden Spruchschlüssel, in dem er die Walzen auf PLR stellt und WGT aus dem Kopf der Nachricht tippt. Die Enigma antwortet mit dem unverschlüsselten Spruchschlüssel NVD. Dieser (NVD) wird nun auf der (äußeren) Walzenlage eingestellt und der verschlüsselte Text (ohne die ersten fünf Zeichen mit der Kenngruppe) eingegeben.

JOPVV QKJZS FNXNJ RUMXT NLQGQ RPEPJ HTLGI SKWLT Z

Und schwuppdiwupp (*hüstel*) erhält man die unverschlüsselte Variante zurück:
HIERW AEREI CHOHN EGEOC ACHIN GNIEH INGEK OMMEN X

Und wer bis hier erstmal etwas verwirrt ist, kann sich beruhigt zurücklehnen: das geht wohl den meisten so. Am besten spielt man dies Szenario tatsächlich einfach einmal nach und tröstet sich anschließend mit dem Gedanken, dass viele Enigma-Caches gar nicht die komplizierte Variante mit einem verschlüsselten und im Kopf der Nachricht mitgesendeten Spruchschlüssel arbeiten, sondern sie verschlüsseln plump ihren Text und geben dann die ganzen Daten inklusive Grundstellung heraus. Da muss man dann nur die Enigma dementsprechend einstellen, den verschlüsselten Text hineinwerfen und erhält die entschlüsselte Nachricht zurück.

Ebenfalls einwerfen muss ich aber noch den Hinweis, dass sich im Laufe der (Kriegs-)Jahre der Umgang mit der Enigma, den Verschlüsselungen und ihren Regeln, gern auch abhängig von den jeweiligen Nutzergruppen und Enigmaversionen, geändert hat. Somit ist das hier dargestellte noch nicht ganz die einzige Wahrheit, aber, wenn man das Grundprinzip erstmal verstanden hat, ist der größte Schritt in Richtung Entschlüsselung sicher schon getan!

Nochmal, nochmal?

Wer jetzt noch etwas üben möchte, dem hab ich etwas vorbereitet 😉

Tagesschlüssel Kriegsmarine, M4 vom 17.6.2013
UKW B
Walzenlage: Gamma, VIII, V, VI
Ringstellung: 15, 5, 16, 12
KENNGRUPPEN: liu aer vpu
AN BO DQ FS GT HU IV LY ER

Funkspruch

1141 183 ASDFJHGF XAER QRHG REYX BXWB MTBY VDWF BGOB XWVW TPEX EKTZ ZLTC OFWS BQEJ UNLQ ZTMT ELIO FSHM HXHU WSZP EXHQ XMHN ZDJA ERZD WJBD DCJD UFLH
WCQR EIXA PHPR QLAH OUAK VDEE FUCF YHGD PKPC GBRJ URXJ TIV

Viel Erfolg! 🙂  

P.S: Aber auch hier hilft der GC Wizard mit seinem Enigma-Tool 😉