mini|Moderne Rekonstruktion des möglichen Erscheinungs­bildes der Bomba anhand von Skizzen aus den Erinnerungen von Marian Rejewski. Die Bomba (Plural: Bomby, polnisch für „Bombe“), genauer Bomba kryptologiczna (polnisch für „Kryptologische Bombe“), war eine elektromechanisch betriebene kryptanalytische Maschine, die im Jahr 1938 durch den polnischen Mathematiker und Kryptoanalytiker Marian Rejewski ersonnen wurde, um den mit der Rotor-Schlüsselmaschine Enigma verschlüsselten Nachrichtenverkehr des deutschen Militärs zu entziffern. Voraussetzung für ihre Funktionsweise war der deutsche Verfahrensfehler der Spruchschlüsselverdopplung, den die polnischen Codeknacker mit ihren Bomby ausnutzen konnten, um die Walzenlage und den Spruchschlüssel der Enigma zu erschließen.

Hintergrund mini|hochkant|Der polnische Codeknacker Marian Rejewski (1932) Nach Erfindung der Enigma im Jahr 1918 durch Arthur Scherbius wurde ab Mitte der 1920er-Jahre von der Reichswehr der Weimarer Republik zunächst versuchsweise und ab 1930 zunehmend regulär diese damals innovative Art der maschinellen Verschlüsselung eingesetzt. Deutschlands Nachbarn, vor allem Frankreich, Großbritannien und Polen verfolgten dies mit Argwohn, insbesondere als 1933 die nationalsozialistische Herrschaft begann und im Zuge der Aufrüstung der Wehrmacht sich diese Schlüsselmaschine als Standardverfahren etablierte. Während es Franzosen und Briten nicht gelang, in die Verschlüsselung einzubrechen und sie die Enigma als „unknackbar“ einstuften,Simon Singh: Geheime Botschaften. Carl Hanser Verlag, München 2000, S. 199. ISBN 3-446-19873-3 glückte dem 27-jährigen polnischen Mathematiker Marian Rejewski bei seiner Arbeit in dem für Deutschland zuständigen Referat BS4 des Biuro Szyfrów (deutsch: „Chiffrenbüro“), bereits im Jahre 1932 der erste Einbruch (siehe auch: Entzifferung der Enigma).Marian Rejewski: An Application of the Theory of Permutations in Breaking the Enigma Cipher. Applicationes Mathematicae, 16 (4), 1980, S. 543–559. Abgerufen: 7. Januar 2014. PDF; 1,6 MB Dazu nutzte er zusammen mit seinen Kollegen Jerzy Różycki und Henryk Zygalski einen schwerwiegenden verfahrenstechnischen Fehler aus, der den Deutschen unterlaufen war.

Spruchschlüsselverdopplung Um mithilfe der Enigma-Schlüsselmaschine geheim kommunizieren zu können, mussten vier Teilschlüssel, nämlich die Walzenlage, die Ringstellung, die Stecker sowie die Walzenstellung bei Sender und Empfänger identisch eingestellt werden (siehe auch: Bedienung der Enigma). Hierzu wurden (damals) hochgeheime Schlüsseltafeln mit täglich wechselnden Angaben verwendet, „Tagesschlüssel“ genannt, die beiden Kommunikationspartnern vorlagen. Um sicherzustellen, dass nicht alle Funksprüche eines Schlüsselnetzes mit identischen Schlüsseln verschlüsselt werden, was die Texte angreifbar machen würde, war vorgeschrieben, für jeden Spruch eine individuelle Anfangsstellung der drei Walzen einzustellen, die als „Spruchschlüssel“ bezeichnet wurde.

mini|Die Walzen der Enigma sind zur Verschlüsselung des Spruchschlüssels hier bereits auf die Grundstellung „RDK“ eingestellt worden Das kryptographische Problem, das von deutscher Seite hierbei gesehen wurde, war, dem befugten Empfänger der Nachricht den Spruchschlüssel mitzuteilen, ohne diesen gegenüber einem unbefugten Entzifferer bloßzustellen. Aus diesem Grund wurde der Spruchschlüssel verschlüsselt übertragen (Spruchschlüsselverschlüsselung). Seit Anfang der 1930er-Jahre bis zum September 1938 galt hierzu als Verfahrensvorschrift, die Enigma gemäß dem Tagesschlüssel einzurichten, also insbesondere die drei Walzen von Hand auf die dort genannte Grundstellung zu drehen. Anschließend hatte der Verschlüssler möglichst willkürlich für jede der drei Walzen eine beliebige Walzenanfangsstellung zu wählen, beispielsweise „WIK“. Um zu gewährleisten, dass der Empfänger den Spruchschlüssel trotz möglicher Signalverstümmelungen fehlerfrei erhielt, wurde sicherheitshalber der Spruchschlüssel zweimal hintereinander gestellt, also im Beispiel zu „WIKWIK“ verdoppelt. Dieser so erhaltene verdoppelte Spruchschlüssel wurde anschließend verschlüsselt. Dazu mussten nacheinander die sechs Buchstaben über die Tastatur der Enigma eingegeben und die dabei aufleuchtenden Lampen abgelesen werden, beispielsweise „BPLBKM“. Dies war der verdoppelte und verschlüsselte Spruchschlüssel.

Statt den Spruchschlüssel zuerst zu verdoppeln und dann zu verschlüsseln, hätten sich die deutschen Kryptographen in der Chiffrierstelle des Reichswehrministeriums auch überlegen können, ganz schlicht den verschlüsselten Spruchschlüssel zwei Mal direkt hintereinander zu senden, also „BPLBPL“, oder mit Abstand (beispielsweise einmal zu Beginn „BPL“ und dann noch einmal am Ende des Funkspruchs „BPL“) zu senden. Auch so hätte man die für die gewünschte Fehlererkennung benötigte Redundanz erzielen können. Dies hätte allerdings den offensichtlichen Nachteil gehabt, dass die Aufmerksamkeit eines unbefugten Angreifers durch die auffällige Wiederholung auf diese Stelle gelenkt worden wäre und er seinen Angriff darauf konzentriert hätte. Um dies zu verhindern, und in dem vergeblichen Bemühen, die perfekte Sicherheit zu erzielen, kam man auf die vermeintlich gute Idee, den Spruchschlüssel zuerst zu verdoppeln und danach zu verschlüsseln, da so auf den ersten Blick keine Wiederholung zu erkennen war. In Wirklichkeit stellte dieses so gewählte Verfahren jedoch einen schwerwiegenden kryptographischen Fehler dar.Friedrich L. Bauer: Entzifferte Geheimnisse. Methoden und Maximen der Kryptologie. 3., überarbeitete und erweiterte Auflage. Springer, Berlin u. a. 2000, S. 412.

Zusätzlich problematisch war es, den Bediener selbst einen Spruchschlüssel „beliebig wählen“ zu lassen. Menschen, insbesondere in Stresssituationen, tendieren dazu, einfache Lösungen zu finden. (Das gilt auch noch heute, wie man an bisweilen sorglos gewählten Passwörtern sehen kann.) Statt des durch die Vorschrift gewünschten möglichst „zufälligen“ Spruchschlüssels, kam es nicht selten vor, dass ganz einfache Muster wie „AAA“, „ABC“ oder „ASD“ (benachbarte Buchstaben auf der Tastatur) benutzt wurden, die die Codeknacker leicht erraten konnten. Nachteilig war auch, die Verschlüsselung des Spruchschlüssels mit der Enigma selbst durchzuführen, denn dies entlarvte die gewählte Einstellung der Maschine. Hätte man hingegen ein unabhängiges Verfahren benutzt, ähnlich beispielsweise den Doppelbuchstabentauschtafeln der Kriegsmarine, dann hätte eine Kryptanalyse des Spruchschlüssels keine Rückschlüsse auf die Enigma erlaubt. Auch eine schlichte Wiederholung des Spruchschlüssels, so wie es die Marine während des Zweiten Weltkriegs machte, wäre die kryptographisch sicherere Variante gewesen. Wie sich dann auch herausstellte, war die Spruchschlüsselverdopplung gar nicht erforderlich, sondern im Gegenteil erstens überflüssig und zweitens betrieblich eher hinderlich als nützlich. Denn als die Verdopplung im Jahr 1940 bei Heer und Luftwaffe schließlich abgeschafft wurde, lief der Betrieb störungsfrei weiter.Friedrich L. Bauer: Entzifferte Geheimnisse. Methoden und Maximen der Kryptologie. 3., überarbeitete und erweiterte Auflage. Springer, Berlin u. a. 2000, S. 412. Tatsächlich hätten die Deutschen den Spruchschlüssel überhaupt nicht verschlüsseln müssen. Man hätte ihn einfach als Klartext übermitteln können. Es hätte dann auch keine Rolle gespielt, ob man ihn einfach, verdoppelt oder sogar verdreifacht übertragen hätte. (Im letzteren Fall wäre nicht nur eine Fehlererkennung, sondern sogar eine Fehlerkorrektur ermöglicht worden.) Aufgrund der unbekannten Ringstellung ist nämlich die Kenntnis allein der Walzenanfangsstellung ohne jeden Nutzen für den Angreifer.Kris Gaj, Arkadiusz Orłowski: Facts and myths of Enigma: breaking stereotypes. Eurocrypt, 2003, S. 4. Stattdessen schuf man durch das fehlerhafte Verfahren der Spruchschlüsselverdopplung die gravierende kryptographische Schwäche der Enigma, die sich in den 1930er-Jahren als entscheidende Achillesferse erwies, und den polnischen Kryptoanalytikern im Biuro Szyfrów den Einbruch erst ermöglichte und ihnen gestattete, den jeweils gewählten Spruchschlüssel zu erschließen.Gordon Welchman: The Hut Six Story – Breaking the Enigma Codes. Allen Lane, London 1982; Cleobury Mortimer M&M, Baldwin Shropshire 2000, S. 213. ISBN 0-947712-34-8

Zyklometer als Vorläufer

mini|Das ebenfalls von Rejewski entworfene Zyklometer (1934) kann als Vorläufer der Bomba angesehen werden Außer der Spruchschlüsselverdopplung unterlief den Deutschen Anfang der 1930er-Jahre noch ein weiterer gravierender kryptographischer Fehler. Zur Verschlüsselung des Spruchschlüssels war in den Schlüsseltafeln nämlich eine Grundstellung angegeben, die von allen Verschlüsslern einheitlich als Walzenanfangsstellung zur Verschlüsselung des (frei gewählten) Spruchschlüssels zu verwenden war. Damit lagen den Polen täglich Dutzende, wenn nicht Hunderte von Enigma-Funksprüchen vor, bei denen alle verschlüsselten Spruchschlüssel mit derselben Grundstellung der Maschine verschlüsselt worden waren. Sämtliche Spruchschlüssel eines Tages waren also mit vollständig identischen Schlüsseln verschlüsselt und damit kryptanalytisch angreifbar. Beide Verfahrensfehler der Deutschen (einheitliche Grundstellung und Spruchschlüsselverdopplung) ausnutzend, konstruierten die polnischen Kryptoanalytiker ein spezielles kryptanalytisches Gerät, genannt Zyklometer, das zwei hintereinander geschaltete und um drei Drehpositionen versetzte Enigma-Maschinen verkörperte.

Mithilfe des Zyklometers konnten die Codeknacker für jede der sechs möglichen Walzenlagen feststellen, welche charakteristische Permutationen bei den jeweils möglichen 26³ = 17.576 verschiedenen Walzenstellungen auftraten. Das Zyklometer half dabei, die sehr mühsame und zeitintensive Arbeit zur Erfassung der spezifischen Eigenschaften der durch den Enigma-Walzensatz bewirkten Buchstabenpermutation für alle 6·17.576 = 105.456 möglichen Fälle systematisch zu erfassen. Die so ermittelten Charakteristiken wurden anschließend sortiert und in einem Katalog gesammelt. Die Arbeiten an diesem Katalog wurden durch die Polen im Jahr 1937 abgeschlossen. Sie hatten damit ideale Voraussetzungen geschaffen, um die deutschen Enigma-Funksprüche zu entziffern. Die Erzeugung dieses Katalogs der Charakteristiken, so äußerte sich Rejewski, „war mühsam und dauerte mehr als ein Jahr, aber nachdem er fertig war [... konnten] Tagesschlüssel innerhalb von etwa 15 Minuten [ermittelt werden]“.

mini|Die Umkehrwalze wurde am 1. November 1937 gegen die neue UKW B mit völlig geänderter Verdrahtung gewechselt Nachdem die Deutschen am 1. November 1937Rudolf Kippenhahn: Verschlüsselte Botschaften, Geheimschrift, Enigma und Chipkarte. Rowohlt, Reinbek bei Hamburg 1999, S. 226. ISBN 3-499-60807-3 die Umkehrwalze (UKW) der Enigma austauschten − die UKW A wurde durch die neue UKW B abgelöst − waren die polnischen Codeknacker gezwungen, die mühsame Katalogerstellung ein zweites Mal völlig neu zu beginnen. Noch bevor sie diese Arbeit abschließen konnten, änderten die Deutschen am 15. September 1938 ihre Verfahrenstechnik.Gordon Welchman: The Hut Six Story – Breaking the Enigma Codes. Allen Lane, London 1982; Cleobury Mortimer M&M, Baldwin Shropshire 2000, S. 207. ISBN 0-947712-34-8 Die einheitliche Grundstellung wurde abgeschafft und stattdessen ein neues Indikatorverfahren mit nun ebenfalls „beliebig“ zu wählender Grundstellung für die Spruchschlüsselverschlüsselung eingeführt.Hugh Sebag-Montefiore: Enigma – The battle for the code. Cassell Military Paperbacks, London 2004, S. 355. ISBN 0-304-36662-5 Schlagartig machte das den Katalog der Charakteristiken und das Zyklometer nutzlos und das Biuro Szyfrów war gezwungen, sich neue Angriffsmethodiken zu überlegen. Dies führte zur Erfindung der Lochkarten-Methode durch Henryk Zygalski und zur Konstruktion der Bomba durch Marian Rejewski.

Namensursprung