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Enigma: Die Macht der Schwarzen Kammern
Spätestens ab dem 17. Jahrhundert wurde die Kryptoanalyse professionell betrieben. Viele Regierungen beschäftigten ganze Arbeitsgruppen von Analytikern, die in den sogenannten "Schwarzen Kammern" auch die kompliziertesten monoalphabetischen Verschlüsselungen knacken konnten. Die Kryptographen waren im Rückstand und es war an der Zeit, sich etwas Neues einfallen zu lassen.
Eines der Zentren der Kryptoanalyse im 17. Jahrhundert war die Geheime Kabinettskanzlei in Wien. Durch sie lief fast sämtliche Kommunikation, Briefe wurden abgeschrieben und später entschlüsselt. Das bezog sogar Post mit ein, die auf dem Transitweg durch Österreich kam. Monoalphabetische Verschlüsselungen waren für diese Profis kein Hindernis, sie machten sogar ein Geschäft daraus, abgefangenen Informationen zu verkaufen. Da das Bedürfnis, sensible Informationen zu übermitteln, ohne dass jemand mitlas, so groß war wie nie zuvor, mussten die Kryptographen sich etwas einfallen lassen. Ihre Antwort war die polyalphabetische oder auch Vignère-Verschlüsselung.
Die Methode ist nach Blaise de Vigenère benannt. Zur Verschlüsselung wurde nicht länger ein Alphabet verwendet, sondern mehrere. Die einzelnen Alphabete leiten sich aus der Cäsar Substitution ab – wir erinnern uns, dabei wurde das Verschlüsselungsalphabet um einen bestimmten Wert verschoben – wie viele verschiedene Alphabete verwendet wurden, bestimmt ein Schlüsselwort. Die Methode war mit herkömmlichen Methoden nicht zu knacken.
Mit einem Schlag hatten die Geheimniskrämer die Kryptoanalytiker abgehängt. Es war schier unmöglich, die polyalphabetische Verschlüsselung zu knacken. Alle bisherigen Ansätze versagten. Dass die Methode nicht früher angewandt worden war, hatte einen einfachen Grund: Sie war kompliziert und aufwändig. Davor schreckte man zurück, es sei denn man hatte einen entsprechend hohen Bedarf. Bei Diplomatenpost war der Bedarf oft hoch genug und so setze sich die polyalphabetische Verschlüsselung plötzlich in der Praxis durch.
Tatsächliche wurde die Vignère-Verschlüsselung bis ins 19. Jahrhundert nicht geknackt und ihre Entschlüsselung verbindet sich mit einer der faszinierendsten Gestalten der Kryptoanalyse im 19. Jahrhundert: Charles Babbage. Der Sohn eines reichen Londoner Bankiers war so etwas wie ein verschrobenes Genie. Auf ihn geht zum Beispiel der erste Entwurf eines modernen Computers zurück. Zudem erfand er das Tachometer und wies nach, dass die Breite der Baumringe vom Wetter des jeweiligen Jahres beeinflusst ist. Somit lassen sich anhand der Baumringe Betrachtungen über das Wetter in der Vergangenheit anstellen. Ein kleiner Nebeneffekt ist, dass man anhand dieser Ringe archäologische Funde datieren kann.
Verschrobenes Genie
Zeit seines Lebens war Babbage fasziniert von Geheimschriften. Er stand in dem Ruf, jeden Text knacken zu können. Bei etlichen Gelegenheiten half er mit seinen Fähigkeiten aus, entzifferte die stenographischen Notizen von Englands erstem königlichen Astronomen John Flamsteed oder er half einem Historiker, die Geheimschrift der Ehefrau König Karls I. zu entschlüsseln.
Im Jahre 1854 behauptete der Zahnarzt John Hall Brock Twaithes, er hätte eine neue Verschlüsselungsmethode entdeckt und wollte sie sich patentieren lassen. Babbage las die Ankündigung im Journal of the Society of Arts und kontaktierte ihn mit dem Hinweis, es handele sich um eine bereits seit langem bekannte Methode und zwar die Vignère-Verschlüsselung. Twaithes war empört und forderte Babbage heraus. Wenn die Methode so alt sei, könne er sie doch sicher knacken. Babbages Interesse war geweckt, obwohl es für den eigentlichen Streitpunkt natürlich unerheblich war.
Da die Sache recht kompliziert ist, wollen wir nicht zu sehr ins Detail gehen, sondern uns nur dem Resultat widmen. Babbage schaffte es, Muster in den Geheimtexten zu finden, die Verschlüsselung anhand dieser Muster zu knacken und das auch noch relativ schnell. Obwohl er damit den bedeutendsten Durchbruch in der Kryptoanalyse seit den arabischen Gelehrten im 9. Jahrhundert geschafft hatte, erhielt er keinerlei Anerkennung. Er veröffentlichte sein Ergebnis nicht. Nun war das für ihn nicht weiter ungewöhnlich, in diesem speziellen Fall geht man allerdings davon aus, dass der britische Geheimdienst ihn darum bat, um sich im Kampf um Information einen kleinen Vorteil zu schaffen.
Das Verfahren wurde unabhängig von Babbage auch von dem pensionierten preußischen Offizier Friedrich Wilhelm Kasiski entdeckt und folgerichtig die Dechiffrierung nach ihm benannt. Dabei hat er das Verfahren wohl erst Jahre nach Babbage gefunden. Das ist das Problem mit dieser Wissenschaft. Sie findet oft im Geheimen statt und ihre größten Genies bleiben unter eben jenem Deckmantel unbekannt.
Die Macht der "Schwarzen Kammern"
Seitdem die Vignère-Verschlüsselung geknackt war, befand sich die die Kryptographie in einem erbärmlichen Zustand und das Problem wurde größer mit der Erfindung des Funks. Funkverkehr konnte von Freund und Feind abgehört werden, entsprechend wichtig war es, diesen ausreichend zu verschlüsseln. So hörten während des ersten Weltkrieges die Alliierten praktisch den gesamten Funkverkehr der Deutschen ab, ohne dass diese es mitbekamen. Obwohl der Beitrag nachträglich schwer einzuschätzen ist, könnte es der am Ende sogar kriegsentscheidende Vorteil gewesen sein.
Dabei gingen besonders die Briten sehr geschickt vor. Ihnen war mindestens so wichtig, dass die Deutschen nicht mitbekamen, dass sie ihre Kommunikation lesen konnten, wie die eigentliche Entschlüsselung. Ein besonders gutes Beispiel war die sogenannte Zimmermann Depesche. Darin schmiedeten die Deutschen den Plan, Amerika aus dem Krieg herauszuhalten. Dazu sollte im Falle eines Falles Mexiko den Amerikaner den Krieg erklären. Die Deutschen würden sie in diesem Falle heimlich unterstützen und die Amerikaner hätten auf einmal dringendere Probleme als den Kriegsschauplatz Europa.
Die Briten fingen die Depesche ab und entschlüsselten Sie. Um das zu verschleiern, wurde sie zunächst zurück gehalten. Die politische Führung beschloss, die Information nur zu lancieren, wenn es wirklich nötig sei. Auch die Amerikaner wurden also im Dunkel gelassen. Gleichzeitig bereitete man allerdings ein Ablenkungsmanöver vor, dass, sollten sie ihren Trumpf tatsächlich ausspielen müssen, es so aussah, als ob es ein Sicherheitsleck bei den Mexikanern gegeben hätte. Und so geschah es. Erst nachdem Woodrow Wilson erklärte, weiterhin neutral bleiben zu wollen, wurde den Amerikanern die Depesche zugespielt. Das Ergebnis ist bekannt. Die Amerikaner griffen ein und der Krieg endete wenig später.
Nicht so bekannt ist, dass die Recherchen des deutschen Außenministeriums, wo das Sicherheitsleck sei, ergaben, dass die vertraulichen Informationen durch Verrat in Mexiko an die Öffentlichkeit gelangt seien. Die Briten hatten also ganze Arbeit geleistet. Tatsächlich wurde der deutschen Heeresleitung erst Jahre nach dem Krieg klar, in welchem Ausmaße die Briten mitgehört hatten und welch fatale Folgen das für den Kriegsverlauf hatte. Da kam ihnen die Erfindung des Deutschen Albert Scherbius gerade recht. Der hatte ein mechanisches Gerät erfunden, das die Verschlüsselung automatisierte und in bis dahin ungeahnte Höhen erhob: Die Enigma.
Eine neue Ära
Arthur Scherbius und sein enger Freund und Partner Richard Ritter gründeten 1918 die Firma Scherbius und Ritter. Sie stellten die verschiedensten Produkte von Heizkissen bis Turbinen her. Ein modernes Chiffriersystem zu entwickeln war eines von Scherbius Steckenpferden. Seiner Enigma war ob ihres hohen Preise zunächst kein wirtschaftlicher Erfolg beschieden. Das änderte sich schlagartig, als der deutschen Generalität Mitte der zwanziger Jahre klar wurde, wie sehr ihre angeblich geheimen Kommunikationen in der Vergangenheit kompromittiert worden waren. Die Enigma sollte das Problem lösen.
Nach menschlichem Ermessen war das System nicht zu knacken. Die Enigma in ihrer späteren Version verfügte über drei verschiedene Walzen, die sich mit jedem Buchstaben weiterdrehten, dazu ein Steckerbrett und einen Reflektor. Die Position der Walzen konnte zudem ausgetauscht werden. Die Gesamtzahl möglicher Schlüssel summierte sich so auf die gigantische Zahl von 10.000.000.000.000.000. Selbst wenn der Gegner in den Besitz einer Enigma gelangte, wäre es praktisch unmöglich, den damit erzeugten Geheimtext ohne einen passenden Schlüssel zu knacken.
Der Schlüssel bestimmte die Anfangsposition der Walzen, ihre Reihenfolge und die Verdrahtung im Steckerbrett. Er wurde in Codebüchern an die Funkstellen verteilt. Jeder Code war einen Tag gültig, mit 28 Schlüsseln kam man also vier Wochen aus. Das war ein vertretbarer Aufwand und es schien ganz so, als wäre das deutsche Oberkommando aller Sorgen ledig. Die Deutschen hatten über Nacht das sicherste Verschlüsselungssystem der Welt in ihren Händen. Zudem gaben die Profis in Frankreich und England sich noch nicht einmal viel Mühe, die Enigma zu knacken. Schließlich herrschte Frieden und das politische Klima in den Zwanzigern war eher entspannt. Man war sich der eigenen Übermacht sicher, sah in Deutschland keinen Gegner mehr.
Etwas anders sahen das die Polen. Das Land hatte seine Unabhängigkeit gerade erst errungen und man war sich durchaus bewusst, dass man auf einem Pulverfass saß. Die Russen im Osten wollten den Kommunismus in die Welt tragen und die Deutschen im Westen ihre verlorenen Gebiete zurück. Information war für die Polen überlebenswichtig. Sie gründeten das Biuro Szyfrów und wie schlagkräftig das war, bewies es im polnisch-sowjetischen Krieg von 1920 sehr eindrucksvoll. Die feindliche Kommunikation war praktisch ein offenes Buch für das Biuro und das schloss auch den gesamten deutschen Funkverkehr ein.
Als die deutschen Meldungen mit dem Einsatz der Enigma ab 1926 plötzlich nicht mehr zu entschlüsseln waren, rangen hier alle Alarmglocken. Im Gegensatz zu den Westmächten genügte es den Polen nicht, festzustellen dass diese Verschlüsselung nicht zu knacken sei. Das Biuro war gewillt, wenn nötig den Großteil seiner knappen Ressourcen zu verwenden, um die Verschlüsselung der Deutschen zu knacken. Zunächst biss man sich an der Enigma jedoch die Zähne aus.
Der Verschlüsselung war mit den gegebenen Mitteln einfach nicht beizukommen. Ein neuer Ansatz musste her und das gleich in mehrfacher Hinsicht. Erstens machte sich die Erkenntnis breit, dass nicht mehr Linguisten die besten Codebrecher seien sondern Mathematiker und zweitens, dass man Schwachpunkte überall suchen muss. Wo die Wissenschaft versagt, hilft manchmal Verrat und so war es am Ende war der frustrierte Mitarbeiter einer Berliner Chiffrierstelle, der den ersten Angriff auf die Enigma ermöglichte.
Man muss nur wollen
Über den Umweg Frankreich gelangten die Polen an die Baupläne der Enigma. So war es ihnen möglich, eine genaue Kopie zu bauen. Das allein half allerdings wenig. Um die Funksprüche zu entschlüsseln, benötigte man das Codebuch, in dem Verdrahtung, Walzenposition und die Grundstellung festgelegt waren. Jeder Code war nur einen Tag gültig und wurde ausschließlich verwendet, um den für die individuelle Nachricht gültigen Spruchschlüssel zu übertragen. In dem legten Sie jeweils eine neue Grundstellung fest.
Diese Verschlüsselung zu knacken war, obwohl man einen originalgetreuen Nachbau der Enigma zur Verfügung hatte, ein Ding der Unmöglichkeit, auf den ersten Blick jedenfalls. Den gerade einmal 23 Jahre alten und als ausgesprochen schüchtern geltenden Marian Rejewski schreckte es nicht ab.
Der gelernte Mathematiker versuchte zunächst einmal, das Funktionsprinzip der Maschine zu verstehen und zwar vom Standpunkt des Mathematikers. Von dem Verräter in der Berliner Chiffrierstelle (Hans-Thilo Schmidt) wusste er, dass jeder Funkspruch mit dem jeweiligen Spruchschlüssel begann, der zudem auch noch zweimal gesendet wurde. Dort setzte er an.
Lautete der Spruchschlüssel zum Beispiel ABC würden die Deutschen jede Übertragung mit ABCABC beginnen. In der Nachricht selbst würde dieser Schlüssel zum Beispiel als KMIXVZ erscheinen. Das bedeutete, dass A mit dem den Buchstaben K und X verbunden war, B mit M und V, C mit I und Z. Die Polen sammelten diese Codes und Rejewski erstellte aus den gesammelten Codes Beziehungsketten, die tatsächlich einem bestimmten Muster folgten. Das war sein erster Geniestreich, der allein hätten natürlich aber nicht gereicht.
An der Stelle erkannte Rejewski, dass Steckerbrett und Walzenlage zwar beide einen Einfluss auf den Code hatten, nicht aber auf die Eigenschaften der von ihm erkannten Kette. Damit konnte er auf das Steckerbrett zunächst verzichten und statt 10 000 000 000 000 000 möglicher Tagesschlüssel reduzierte er die Zahl auf 105 456. Das war lösbar und tatsächlich knackte er so die Enigma. Der deutsche Funkverkehr war für die Polen ein offenes Buch.
Selbst als die Deutschen ihre Nachrichtenübermittlung änderten, konnte Rejewski kontern. Zwar war sein mühsam erstellter Katalog der Ketten nutzlos geworden, allerdings entwickelte er eine mechanische Apparatur, die automatisch nach der richtigen Walzenkonfiguration suchte. Sechs dieser "Bomben" parallel geschaltet (wegen der sechs möglichen Walzenlagen), schafften es in knapp 2 Stunden den Walzenschlüssel zu finden. Bis zum Dezember des Jahres 1938 klappte das hervorragend, dann allerdings änderten die Deutschen die Enigma-Verschlüsselung.
Statt drei wurden nun fünf Walzen eingesetzt. Damit stieg die Zahl der möglichen Walzenlagen auf sechzig. Selbst wenn sie die Verdrahtung der zusätzlichen Walzen gekannt hätten, wären immer noch sechzig "Bomben" nötig gewesen, um den Tagesschlüssel zu knacken. Das überstieg das Budget des Biuro Szyfrów bei weitem. Um es noch schlimmer zu machen, wurde die Zahl der Steckerverbindungen erhöht und damit die Zahl der möglichen Schlüssel auf 159 000 000 000 000 000 000 erhöht.
In diesem Moment entschieden die Polen, die Alliierten von ihren Fortschritten in Kenntnis zu setzen, wenigstens würde das know how so nicht verloren gehen. Die Überraschung von Franzosen und Engländer dürfte nicht gespielt gewesen sein. Sie waren die ganze Zeit davon ausgegangen, dass die Enigma nicht zu knacken war und hatten entsprechend wenig Anstrengungen unternommen. Die Polen waren ihnen gut 10 Jahre voraus. Es war eine bittere Ironie. Genau in dem Moment, als die Polen es am dringendsten brauchten, war ihr Abhördienst mit seinem Latein am Ende. Das Resultat ist bekannt.
Bomben gegen die Enigma
Mit dem Wissen, dass die Enigma angreifbar war, machte sich in den Reihen der alliierten Kryptoanalytiker Hoffnung breit. Dem polnischen Modell folgend rekrutierten sie in der Folge gezielt Mathematiker und Naturwissenschaftler. Zudem erweiterten sie ihre Kapazitäten beträchtlich. Zur neuen "Schwarzen Kammer" wurde ein viktorianisches Herrenhaus in Bletchley Park. Anfangs arbeiteten hier 200 Leute, gegen Ende des Krieges waren es 7000.
Auf den polnischen Erkenntnissen aufbauend gelang es ihnen, die Enigma erneut zu knacken. Auch erkannten sie eine weitere Schwäche der Enigma: die Funker. Oft genug waren die wenig kreativ bei der Wahl des Schlüssels und verwendeten einfach nebeneinander liegende Tasten. Solche "vorhersagbaren" Schlüssel hießen in Bletchley Park "cillies". Der genaue Ursprung des Wortes ist unbekannt.
Weitere Schwachpunkte waren, dass keine Walzenlage an zwei aufeinanderfolgenden Tagen gleich sein durfte. Das klingt zwar logisch, erleichterte den Kryptoanalytikern jedoch die Arbeit. Auf dem Steckerbrett konnten aufeinanderfolgende Buchstaben nicht miteinander verkabelt werden. Dadurch reduzierte sich die Zahl der Möglichkeiten noch einmal beträchtlich. Das allein hätte für die Sicherheit des Codes natürlich keinen echten Unterschied gemacht, es sparte allenfalls etwas Zeit.
Eine Enigma, die so verwendet wurde, wie ihr Schöpfer Arthur Scherbius es vorgesehen hatte, war nicht zu knacken. In der Praxis waren es menschlich Schwächen bzw. Verrat, die den Angriff auf die Verschlüsselung ermöglichten. Verlassen konnte man sich darauf langfristig nicht, zumal auch die Enigma ständig weiterentwickelt wurde.
Den größten Beitrag, dass am Ende trotzdem die Briten die Nase vorn hatten, lieferte ein junger Mathematiker namens Alan Turing. Er entdeckte die größte Schwäche der Enigma und so war es den Briten trotz aller Modifikationen an der Enigma immer wieder möglich, die Codes zu knacken.
Mit gerade einmal 26 Jahren hatte er eine Art frei programmierbaren Computer entwickelt und das nur um ein mathematisches Problem zu lösen. Bemerkenswert dabei war, dass diese "universelle Turing Maschine" das mathematische Problem an sich (Kurt Gödels "Unentscheidbarkeit") nicht zu lösen vermochte – sehr zum Verdruss der Mathematiker wie man anmerken möchte – als Beitrag zur Grundlagenforschung jedoch war es ein Meilenstein und es bereitete Turing hervorragend vor auf das, was folgen sollte.
Turing kam am 4. September 1939 nach Bletchley. Seine Aufgabe war, es nach neuen Angriffspunkten zu suchen, schließlich war man sich sicher, dass es nur eine Frage der Zeit wäre, wann die deutschen Funker ihr System mit dem Spruchschlüssel umstellen würden. Am 10. Mai 1940 geschah das tatsächlich.
Bei seiner Analyse der deutschen Funksprüche entdeckte er, dass militärische Funksprüche gewissen Mustern folgen. Morgens zum Beispiel wurde der Wetterbericht gesendet, in dem Funkspruch sollte also das Wort Wetter enthalten sein, mit etwas Übung konnte man sogar ungefähr sagen wo. Einen solchen Anhaltspunkt nannte man Crib. Mittels dieser Cribs war es seiner Ansicht nach möglich, den Code zu knacken. Die Zahl der Möglichkeiten war schier unendlich, so etwas schreckte den Mathematiker jedoch nicht.
Als nächstes – und das war die einzige echte Schwäche in der Konstruktion der Enigma und so gesehen ausschlaggebend – entdeckte er im komplizierten Spiel der Walzen gewisse Schleifen. Über deren innere Beziehung gelang es ihm, die von anderen Spezialisten vorhergesagten Cribs in einem verschlüsselten Text zu knacken.
Er schaltete drei Enigmas in Reihe und verdrahtete Ein- und Ausgabe der Maschinen miteinander. Den Stromkreis konstruierte er so, dass die Wirkung des Steckerbrettes aufgehoben wurde. Indem man sechzig solcher Dreiergruppen parallel laufen ließ, konnte man alle möglichen Walzenpositionen parallel abarbeiten. Wenn die Beziehungen der Buchstaben des Crib mit den Buchstaben im vermuteten Klarwort berechnet waren, ergab sich der Rest fast von selbst. Der Weg mag von dort aus noch holprig gewesen sein, im Prinzip war er aber frei.
Undank ist der Welt Lohn
Nun ist das eine mehr als nur vereinfachte Version der Geschichte. Die Entdeckung der Schleifen und das "in Reihe schalten" der Enigma war ein Geniestreich. Um auf so eine Lösung zu kommen und sie noch praktisch umzusetzen, bedurfte es eines Ausnahmekönners wie Alan Turing; jemanden der eben und mal ganz nebenbei die Blaupause moderner Computer entwirft, um ein scheinbar unlösbares mathematisches Problem anzugehen.
Was auch nicht vergessen werden darf; selbst mit Turings Ansatz und den von ihm konstruierten "Bomben" (wohl in Anlehnung an Rejewski) blieb die Entschlüsselung eine Herausforderung. Sie war oft genug von Rückschlägen begleitet und es wäre falsch zu denken, dass Turing allein die Enigma geknackt hätte. Es war nicht so, dass die Kommunikation der deutschen Heeresleitung plötzlich ein offenes Buch gewesen wäre. Ohne einen passenden Crib gab es keine Entschlüsselung des Codes.
Es bedurfte der illustren Mischung aus Kryptoanalytikern, Naturwissenschaftlern, Linguisten, ja selbst Schachgroßmeistern um die tägliche Herausforderung zu meistern. Zudem bestand der Funkverkehr der Deutschen aus verschiedenen Netzen. Nordafrika zum Beispiel hatte seine eigenen Codebücher und auch die Luftwaffe ihr eigenes Fernmeldenetz. Als besonders hartnäckig entpuppten sich die Codes der Marine. Sie verwendete 8 Walzen und war besonders peinlich darauf bedacht, stereotype Formulierungen zu vermeiden. Genau die waren ja das Einfallstor der Hacker.
Der Kampf der Codebrecher wurde also weiter an vielen Fronten geführt. Gelegentlich erbeutete man zum Beispiel Codebücher. Die waren natürlich nur hilfreich, wenn der Feind nichts mitbekam. Schiffe wurden regelrecht geentert, die Codebücher sichergestellt und das Schiff dann versenkt. Eine andere Methode war, Cribs zu provozieren indem man bestimmte Gebiete verminte und dann auf eine deutsche Warnmeldung wartete.
Von Anfang an setzten die Briten auch auf Verschleierung. Es wurde genau abgewogen, wann die gewonnen Informationen eingesetzt wurden. Das war unerlässlich, um die Deutschen nicht misstrauisch zu machen.
Über die Frage, ob Bletchley Park den Krieg entschieden hat, kann man streiten. Klar dürfte sein, dass der Krieg dank der Geheiminformationen zumindest erheblich verkürzt wurde. Die Helden von Bletchley Park erhielten lange keine Anerkennung. Ihr Beitrag blieb bis in die siebziger Jahre geheim.
Das Schicksal Alan Turings war besonders tragisch. Nachdem seine Homosexualität publik wurde, entzog man ihm seinen Status als Geheimnisträger und schloss ihn von jeglichen Forschungsprojekten aus. Öffentlich gedemütigt nahm er sich 1954 das Leben. Eine besonders dankbare Aufgabe war die Arbeit als Kryptoanalytiker nie, schließlich ernteten den Ruhm fast immer andere.
Undank, wie ihn Alan Turing erleben musste, war aber eine Kategorie für sich. Immerhin hätte Großbritannien den Krieg ohne ihn mit ziemlicher Sicherheit verloren. So gesehen muss man sich nachträglich glücklich schätzen, dass die Homosexualität Turings nicht schon vor dem Krieg publik wurde. Wer weiß schon, wie Schlacht um die Entschlüsselung der Enigma sonst ausgegangen wäre.
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