ENIGMA – Teil IIWelcome to

Bletchley Park!von

Thomas Seeger

Paderborn, den 5.6.2002

Womit haben wir es zu tun?

• Aufbau der Enigma

• Verschlüsselungsmechanismus der Enigma

• Das Verschlüsseln und Versenden einer Nachricht

• Schlüsselraum der Enigma

• Schwachstellen der Enigma

Aufbau der Enigma

Feste Komponenten• Die Tastatur• Das Lampenbrett• Die Batterie• Die Umkehrwalze• Eintrittswalze

Variable Komponenten• 5 Walzen mit

unterschiedlicher interner Verdrahtung

• 3 Walzen hintereinander in der Maschine

• Das Steckerbrett• Die Ringstellung

Verschlüsselungsmechanismus der Enigma

Das Verschlüsseln und Versenden einer Nachricht

• Wählen eines Indikators und eines Nachrichtenschlüssels

• Mit dem Indikator als Startposition der Walzen, den Nachrichtenschlüssel verschlüsseln

• Walzen auf Nachrichtenschlüssel stellen und Nachricht verschlüsseln

• Indikator in Klartext, gefolgt von verschlüsseltem Nachrichtenschlüssel und verschlüsselter Nachricht senden

Schlüsselraum der Enigma

• Auswahl und Reihenfolge der Walzen: 60• Der Nachrichtenschlüssel: 263

• Das Steckerbrett: 1507 * 1014

• Die Ringstellung: 262 Dank logischer Überlegungen, wird die „Bombe“ nur die Walzenkombinationen und den Nachrichtenschlüssel zu durchsuchen brauchen.

Schwachstellen der Enigma

• Das Set aus Walzen („Scrambler“) besaß nur einen Ausgang bzw. Eingang (kein Buchstabe konnte zu sich selbst verschlüsselt werden)

• Kein Unterschied zwischen Ver- und Entschlüsselung („C“ wird zu „B“ aber auch „B“ zu „C“)

Was tut Bletchley Park?

• Was ist „Bletchley Park“

• Aufbau der „Bombe“

• „Cribs“ und ihre Graphen

• Die Idee und der Vorgang der Entschlüsselung

• Gordon Welchmans „Diagonalboard“

Was ist „Bletchley Park“

• Britische Zentrale für Kryptoanalyse während des 2. Weltkrieges

• Government Codes & Cipher School Gegründet im September 1938 in einem Landhaus unweit Londons

• Im Laufe des Krieges expandiert diese Anlage immer weiter, um schließlich Kryptoanalyse in „industriellem Stil“ zu betreiben

Aufbau der „Bombe“

Die Rotoren• Gleiche Verdrahtung, wie

Walzen der Enigma• Verdrahtung zwei Mal

vorhanden• Ein Set (Scrambler) aus drei

Rotoren, besaß 2 Ein- bzw. Ausgänge

Kompakte Darstellung

Aufbau der „Bombe“

Die „Bombe“• Rotoren an der Frontseite

drehbar angebracht• Bürstenkontakte an den

Rotoren und Kontakte auf der Bombe, verbanden die Scrambler untereinander

„Cribs“ und ihre Graphen

• Ein Stück Klartext einer verschlüsselten Nachricht wurde „Crib“ genannt (z.B. Wetterberichte)

• Aus einem „Crib“ und seiner verschlüsselten Nachricht wurden Graphen erzeugt

Ein „Crib“ und dessen GraphEin „Crib“ und der dazugehörige verschlüsselte Text:1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

011

12

13

14

15

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17

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19

20

21

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23

24

25

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28

29

30

31

T O T H E P R E S I D E N T O F T H E U N I T E D S T A T E S

C Q N Z P V L I L P E U I K T E D C G L O V W V G T U F L N Z

Wir suchen in dieser Tabelle sog. „Loops“

E I

P V

N T

O

8

5 10

6

13

22

3

2115

Eine Überlegung zu den „Loops“ des Graphen

Wichtigste Eigenschaft:

Eingehender Buchstabe = Ausgehender Buchstabe

10 5 8

I

i

p

P

p

e e

i

P

E E

I

Die Idee und der Vorgang der Entschlüsselung

• Durch „Loops“ prüfen, ob Rotorstellung zu „Crib“ und verschlüsseltem Text logisch konsistent ist

• Durch Spannungsrückkopplung wird die Symmetrieeigenschaft des Steckerboards ausgenutzt

Eine Nachbildung des Graphen mit drei Loops

• Bei nur einem „Loop“ bestand die Wahrscheinlichkeit von 1/26 für eine zufällig richtige Rotorstellung

• Es wurden 263 Rotorstellungen durchsucht => wir benötigen drei „Loops“ (Wahrscheinlichkeit für zufällig richtige Rotorstellung verringert sich auf 1/263)

Die Spannungsrückkopplung

• Ausgang der Scrambler wird wieder mit dem Eingang verbunden

• Ausgegebene Buchstaben werden soz. wieder in die Loops geschickt und erneut verschlüsselt

Folgerung: Die Bedingung für einen „Stop“

• Die richtige Rotorstellung verschlüsselt den Buchstaben auf sich selbst

• Umkehrschluss: Die richtige Rotorstellung kann diesen Buchstaben nur ausgeben, wenn man ihn hineinsteckt

• Bedingung für den „Stop“: Spannung nur an einem Kontakt oder an allen Kontakten bis auf einen des Eingangsregisters

Das Diagonalboard

• Für drei Loops wurde ein langes Crib benötigt

• Man wollte nur Buchstaben benutzen, die maximal 13 Stellen voneinander entfernt waren (Wahrscheinlichkeit für Weiterschaltung der mittleren Walze = ½)

• Symmetrieeigenschaft des Steckerbretts wurde durch Diagonalboard ausgenutzt