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 Computersimulierte Enigma

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RelaX99
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BeitragThema: Computersimulierte Enigma   So Nov 11, 2012 7:38 am

Was ist "Enigma"

Die ENIGMA ist eine Rotor-Schlüsselmaschine, die das deutsche Militär während des Zweiten Weltkriegs zur Verschlüsselung des Nachrichtenverkehrs verwendete. Auch andere Institutionen wie Polizei, Geheimdienste, diplomatische Dienste, SD, SS, Reichspost und Reichsbahn setzten sie zur geheimen Kommunikation ein. Das griechische Wort ainigma bzw. Änigma (αἴνιγμα) bedeutet ‚Rätsel‘. Obwohl die Verschlüsselungsqualität der Maschine während des Krieges mehrfach weiterentwickelt wurde, konnten die Alliierten durch enormen Aufwand zur Entschlüsselung während der meisten Zeit die deutschen Funksprüche mitlesen.

Prinzip:

Die ENIGMA I inklusive Holzgehäuse wiegt rund 12 kg und die äußeren Abmessungen (L×B×H) betragen etwa 340 mm × 280 mm × 150 mm[8] (Daten ohne Gehäuse: 10,35 kg und 310 mm × 255 mm × 130 mm). Sie sieht auf den ersten Blick wie eine Schreibmaschine aus und besteht im Wesentlichen aus der Tastatur, einem Walzensatz von drei austauschbaren Walzen (Rotoren mit einem Durchmesser von etwa 100 mm)[9] und einem Lampenfeld zur Anzeige.[10] Der Walzensatz ist das Herzstück zur Verschlüsselung. Die drei Walzen sind drehbar angeordnet und weisen auf beiden Seiten für die 26 Großbuchstaben des lateinischen Alphabets 26 elektrische Kontakte auf, die durch 26 isolierte Drähte im Inneren der Walze paarweise und unregelmäßig miteinander verbunden sind, beispielsweise (Walze III) Kontakt A mit B, B mit D, und so weiter. Drückt man eine Buchstabentaste, so fließt elektrischer Strom von einer in der ENIGMA befindlichen 4,5-Volt-Batterie über die gedrückte Taste durch den Walzensatz und lässt eine Anzeigelampe aufleuchten.[11] Der aufleuchtende Buchstabe entspricht der Verschlüsselung des gedrückten Buchstabens. Da sich bei jedem Tastendruck die Walzen ähnlich wie bei einem mechanischen Kilometerzähler weiterdrehen, ändert sich das geheime Schlüsselalphabet nach jedem Buchstaben.

Gibt man „OTTO“ ein, so leuchten nacheinander beispielsweise die Lampen „PQWS“ auf. Wichtig und kryptographisch stark ist, dass aufgrund der Rotation der Walzen jeder Buchstabe auf eine andere Weise verschlüsselt wird, im Beispiel das erste O von OTTO zu P, das zweite aber zu S. Man spricht von vielen unterschiedlichen (Geheim-) „Alphabeten“, die zur Verschlüsselung benutzt werden und bezeichnet dies als polyalphabetische Substitution. Im Gegensatz dazu verwendet eine monoalphabetische Substitution nur ein einziges Geheimalphabet, und ein Klartextbuchstabe wird stets in denselben Geheimtextbuchstaben verwandelt („OTTO“ beispielsweise in „GLLG“). Würden sich die Walzen der ENIGMA nicht drehen, so bekäme man auch bei ihr nur eine einfache monoalphabetische Verschlüsselung.

Funktion

Bei einer gedrückten Buchstabentaste, beispielsweise A, wird die Verbindung zum Steckerbrett statt auf die Anzeigelampe auf die Batterie umgeschaltet. Der von der Batterie gelieferte Strom fließt so über die gedrückte Taste zum Steckerbrett. Ist dort die Buchse A mit einer anderen Buchse durch ein von außen angebrachtes Kabel verbunden („gesteckert“), so wird A mit einem anderen Buchstaben, beispielsweise J, vertauscht. Ist kein Kabel gesteckt („ungesteckert“), dann gelangt der Strom direkt zum Kontakt A der Eintrittswalze.

Bei der weiteren Beschreibung der Funktion wird auf das Bild „Stromfluss“ (zunächst nur obere Hälfte) Bezug genommen. Es dient nur zur Illustration und ist eine vereinfachte Darstellung des rotierenden Walzensatzes (mit linkem, mittlerem und rechtem Rotor) und der statischen Umkehrwalze (engl.: Reflector). Aus Übersichtlichkeitsgründen wurde in der Skizze die Anzahl der Buchstaben von 26 auf 8 (nur A bis H) verringert.

Angenommen der Buchstabe A sei ungesteckert, dann wird der Strom über die Eintrittswalze (sie ist in der Skizze nicht eingezeichnet) zum Eingangskontakt A der rechten Walze geleitet. Deren Verdrahtung bewirkt eine Vertauschung (Permutation) des Buchstabens. Der Strom, der am Eingangskontakt A von rechts eintritt, verlässt die Walze auf deren linken Seite beispielsweise am Ausgangskontakt B. So wird durch die rechte Walze A in B umgewandelt.
Stromfluss
Obere Hälfte: A wird in G verschlüsselt
Untere Hälfte: A wird in C verschlüsselt

Der Strom gelangt nun über den Kontakt B in die mittlere Walze und wird durch deren Verdrahtung wiederum permutiert. Durchaus möglich ist auch, dass bei einer Walze (wie im Bild) ein Eingangskontakt mit dem gleichnamigen Ausgangskontakt verbunden ist. Dann bleibt es bei B. Der Strom verlässt hier über den Kontakt B die mittlere Walze und tritt in die linke Walze ein. Deren Verdrahtung sorgt dafür, dass der Strom vom Eingangskontakt B, wie hier, zum Ausgangskontakt D geleitet wird.

Der Strom hat nun alle drei (drehbaren) Walzen einmal durchlaufen und die Umkehrwalze erreicht. Sie hat nur Kontakte auf der rechten Seite und verbindet die Buchstaben paarweise, beispielsweise D mit E.

Nun fließt der Strom ein zweites Mal durch den Walzensatz, jetzt aber von links nach rechts. Durch die Umkehrwalze gelangt er über den Kontakt E in die linke Walze. Hier ist beispielsweise E mit C verdrahtet. Folglich fließt der Strom weiter über Kontakt C in die mittlere Walze, verlässt sie wieder über den Kontakt F und fließt in die rechte Walze. Der Strom verlässt die rechte Walze schließlich am Kontakt G.

Der weitere Stromfluss geht aus der Skizze nicht hervor, ist aber leicht erklärt. Nach Austritt aus dem Walzensatz wird der Strom über die Eintrittswalze zurück zum Steckerbrett geleitet. Ist hier der Buchstabe G mit einem anderen Buchstaben gesteckert, dann findet eine letzte Permutation statt. Ist G ungesteckert, leuchtet die Lampe G auf. Sie leuchtet übrigens nur solange auf, wie die Taste A gedrückt gehalten wird, da nur bei gedrückter Taste der Umschaltkontakt auf die Batterie umgeschaltet ist. Lässt man sie los, erlischt die Lampe. Im geschilderten Beispiel wird somit der Buchstabe A, dessen Taste eingangs gedrückt wurde und noch immer gedrückt ist, als Buchstabe G verschlüsselt.

Falls der zu verschlüsselnde Text „AACHENISTGERETTET“ lautet, ist erneut ein A einzugeben. Also wird die Taste A losgelassen und zum zweiten Mal gedrückt. Wichtig ist, dass mit dem mechanischen Druck auf die Taste mit Hilfe eines Fortschaltmechanismus gleichzeitig die rechte Walze um eine Position rotiert wird. Die mittlere Walze rotiert erst nach 26 Schritten der rechten Walze. In der unteren Hälfte des Bildes „Stromfluss“ ist die Situation skizziert, nachdem die rechte Walze sich um eine Position (nach unten) weitergedreht hat.

Wie man an der Skizze erkennen kann, hat sich der Pfad für den erneut am Kontakt A der rechten Walze eintretenden Strom radikal geändert. Er nimmt jetzt auch bei der mittleren und linken Walze sowie der Umkehrwalze einen völlig anderen Weg als zuvor, obwohl sich diese Walzen nicht gedreht haben. Das Ergebnis ist eine andere Verschlüsselung des Buchstabens A, der nun in C umgewandelt wird.

(Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Enigma_%28Maschine%29 )

Computersimulierte Enigma (Online-Version)
[b]

Link:http://enigmaco.de/enigma/enigma_de.html
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