Enigma-M4

mini|hochkant|Die Schlüssel­maschine Enigma-M4

Die Enigma-M4 (auch Schlüssel M genannt, genauer Schlüssel M Form M4) ist eine Rotor-Schlüsselmaschine, die im Zweiten Weltkrieg ab Oktober 1941 im Nachrichtenverkehr der deutschen Kriegsmarine zur verschlüsselten Kommunikation verwendet wurde.

Im Gegensatz zur vorher verwendeten Enigma‑M3 sowie der von Heer und Luftwaffe eingesetzten Enigma I und der von den deutschen Geheimdiensten verwendeten Enigma‑G zeichnet sich die Enigma‑M4 durch vier Walzen (außer der Eintritts- und der Umkehrwalze) aus. Damit ist ihre Verschlüsselung kryptographisch deutlich stärker als die der übrigen Enigma-Varianten mit nur drei Rotoren und konnte deshalb durch die Alliierten lange Zeit nicht gebrochen werden.

Vorgeschichte mini|hochkant|Schlüsselanleitung der Kriegs­marine „Der Schlüssel M“. Alle Teile der deutschen Wehrmacht setzten zur Verschlüsselung ihrer geheimen Nachrichten die Rotor-Chiffriermaschine Enigma ein. Allerdings kamen unterschiedliche Modelle zum Einsatz. Während Heer und Luftwaffe fast ausschließlich die Enigma I benutzten, gab es für die Marine unterschiedliche Modellvarianten der Enigma‑M, die diese zumeist als „Schlüssel M“ bezeichnete. Der Hauptunterschied bestand in der Verwendung von mehr Walzen als bei der Enigma I, bei der drei Walzen aus einem Sortiment von fünf ausgewählt werden konnten. Dies ergab 5·4·3 = 60 mögliche Walzenlagen der Enigma I.

Die Enigma‑M1 hingegen verfügte über ein Sortiment von sechs unterschiedlichen Walzen (gekennzeichnet mit den römischen Zahlen I bis VI), von denen drei in die Maschine eingesetzt wurden. Dies erhöhte die kombinatorische Komplexität auf 6·5·4 = 120 mögliche Walzenlagen. Bei der Enigma‑M2 war das Walzensortiment um eine weitere vergrößert worden, so dass nun 7·6·5 = 210 Walzenlagen möglich waren. Und bei der Enigma‑M3, die zu Beginn des Krieges von der Marine verwendet wurde, waren es acht Walzen, von denen drei eingesetzt wurden. Damit verfügte die M3 über 8·7·6 = 336 mögliche Walzenlagen. Während bei den Modellen M1 bis M3 immer nur drei Walzen in der Maschine zum Einsatz kamen, waren es bei der M4 vier Walzen, die sich nebeneinander in der Maschine befanden. Dies erhöhte die kryptographische Sicherheit der M4 im Vergleich zu ihren Vorgängermodellen ganz erheblich.

Die Bedienung wurde in der Marine-Dienstvorschrift M.Dv.Nr. 32/1 mit dem Titel „Der Schlüssel M – Verfahren M Allgemein“.Der Schlüssel M – Verfahren M Allgemein. Oberkommando der Kriegsmarine, Berlin 1940, S. 26. cdvandt.org (PDF; 0,7 MB) abgerufen am 29. Dezember 2020. Hierin wurde die bei der Enigma‑M4 zur Anwendung kommende Schlüsselprozedur genau definiert.

Ein besonders wichtiger Bestandteil des Schlüsselverfahrens, neben der korrekten Bedienung, war die Vereinbarung eines gemeinsamen kryptologischen Schlüssels. Wie bei allen symmetrischen Kryptosystemen, mussten auch bei der Enigma der Sender und der Empfänger einer verschlüsselten Geheimnachricht nicht nur über die gleiche Maschine verfügen, sondern diese auch identisch zueinander einstellen. Dazu wurden vorab geheime Schlüsseltafeln an alle befugten Teilnehmer verteilt. Um die Sicherheit innerhalb einer so großen Organisation wie der Kriegsmarine zu gewährleisten, gab es, wie auch bei Heer und Luftwaffe, viele unterschiedliche Schlüsselnetze, beispielsweise Aegir für Überwasserkriegsschiffe und Hilfskreuzer in Übersee, Hydra für Kriegsschiffe in Küstennähe, Medusa für U‑Boote im Mittelmeer, Neptun für Schlachtschiffe und Schwere Kreuzer und Triton für die Atlantik-U‑Boote. Es gab noch weitere Schlüsselnetze. Bei allen setzte die Kriegsmarine zunächst ausschließlich die Enigma‑M3 ein.

Bald wurde jedoch die Notwendigkeit erkannt, für die auf Hoher See operierenden Einheiten ein separates, besonders gesichertes Schlüsselnetz zu bilden. Im Oktober 1941 wurde mit Schreiben des Oberkommandos der Kriegsmarine (OKM) an den Befehlshaber der Schlachtschiffe die „Schlüsseltafel Neptun“ als neuer Schlüssel eingeführt und hierzu die Verwendung der Enigma‑M4 befohlen. Dies geschah bereits vier Monate vor Indienststellung der M4 für die U‑Boote. Das Schlüsselnetz Neptun wurde im Gegensatz zu Triton zu damaliger Zeit nicht gebrochen.Enigma M4 und Neptun im Crypto Museum (englisch), abgerufen am 21. Dezember 2020.

Aufbau mini|Bei herausgenommenen Walzen ist links die dünne Umkehrwalze mit ihren 26 Kontaktplatten zu erkennen. mini|Zwei Walzen der Marine-Enigma kurz vor dem Zusammenbau. mini|Hier sind alle Walzen eingelegt. Ganz links befindet sich die dünne UKW C, genannt „Cäsar“ (gekenn­zeichnet durch das eingra­vierte „C−“), und unmittelbar rechts davon eine der „Griechen­walzen“, die während der Verschlüsselung zwar nicht fort­geschaltet wird, aber von Hand auf eine von 26 Stellungen (A bis Z) gedreht werden kann. mini|M4 (ohne Deckel) mit voll­ständig einge­legtem Walzen­satz. Der Aufbau der Enigma‑M4 weist im Vergleich zu dem der Enigma I einige Besonderheiten auf. Der wichtigste Unterschied ist der Einsatz von vier Walzen (Rotoren) gegenüber nur drei bei den anderen Modellen. Die vier Walzen wurden aus einem Sortiment von insgesamt acht plus zwei Walzen ausgewählt. Dabei musste zwischen den auch bei der Enigma I verwendeten Walzen I bis V sowie den von der Enigma‑M3 bekannten Walzen VI bis VIII und den speziell für die Enigma‑M4 neu konstruierten beiden Walzen unterschieden werden, die eine geringere Dicke als die anderen aufwiesen und daher als „dünne“ Walzen bezeichnet wurden.

Technischer Grund für die Anfertigung von dünnen Walzen war der Wunsch der Marine, das gleiche Gehäuse wie Enigma I und Enigma‑M3 weiter verwenden zu können. Dazu musste der Platz, den bisher eine (dicke) Umkehrwalze einnahm, nun durch eine dünne Umkehrwalze und eine der neu hinzugekommenen dünnen vierten Walzen genutzt werden. Statt mit römischen Zahlen wurden die dünnen Walzen mit griechischen Buchstaben, nämlich „β“ (Beta) und „γ“ (Gamma) gekennzeichnet. Sie konnten zwar manuell jeweils in eine von 26 Drehstellungen gedreht werden, im Gegensatz zu den Walzen I bis VIII drehten sie sich während des Verschlüsselungsvorgangs jedoch nicht weiter.

Das Verdrahtungsschema der Eintrittswalze und der acht rotierenden Walzen (I bis VIII) der Enigma‑M4 war identisch zur Enigma I und M3. Besonders waren die beiden nicht rotierenden dünnen Walzen „Beta“ und „Gamma“ und die beiden ebenfalls dünnen Umkehrwalzen (UKW) „Bruno“ und „Cäsar“. Die Verdrahtung der beiden dünnen Walzen und der Umkehrwalzen war so überlegt, dass die Kombination der Umkehrwalze (UKW) mit der dazu „passenden“ Walze (das heißt Bruno mit Beta beziehungsweise Cäsar mit Gamma) genau dieselbe involutorische Zeichenpermutation ergibt wie die Umkehrwalzen B und C (dick) der Enigma I und der Enigma‑M3 allein. Dies diente der Abwärtskompatibilität zu den früheren Systemen. Voraussetzung dafür war lediglich, dass der Spruchschlüssel von den U‑Booten so gewählt wurde, dass er mit „A“ begann. Dann befand sich die linke Walze in genau der Stellung, in der sie zusammen mit der passenden UKW so wirkte wie die entsprechende UKW der anderen Enigma-Modelle.

Tasten und Lampen waren wie seit dem Model-D in einer der QWERTZU ähnlichen Belegung angeordnet. Nur die Buchstaben P und L waren abweichend zu QWERTZU an die Ränder der unterste Reihe verschoben.

Q W E R T Z U I O A S D F G H J K P Y X C V B N M L

Im Unterschied zu anderen Modellen wie z. B. dem Model-D, Model-K oder dem Model-T gab es auf der Tastatur keine Unterstützung für Ziffern. Sonderzeichen (wie etwa beim Model-G) waren auch nicht vorgesehen.

Die Marine verwendete zur Datenkompression Signalgruppen (vier Buchstaben) und Spruchphrasen aus Codebüchern wie dem Kurzsignalheften und dem Wetterkurzschlüssel, die rein aus Buchstaben bestanden.

Bedienung

mini|Bei geschlossenem Deckel ist die hinter dem linken Walzen­fenster befindliche „Griechen­walze“ von außen kaum von den anderen Walzen zu unter­scheiden.

Zur vollständigen Einstellung des Schlüssels unterschied die Marine zwischen „äußeren“ und „inneren“ Schlüsselteilen.Dirk Rijmenants: Enigma Message Procedures Used by the Heer, Luftwaffe and Kriegsmarine. Cryptologia, 2010, 34:4, S. 329–339, doi:10.1080/01611194.2010.486257. Zum inneren Schlüssel zählte die Auswahl der Walzen, die Walzenlage und die Ringstellung. Die inneren Schlüsseleinstellungen durften nur durch einen Offizier vorgenommen werden, der dazu das Gehäuse öffnete, die Walzen entsprechend auswählte, einrichtete und anordnete. Danach schloss er die Enigma wieder und übergab sie dem Funkmaat.

mini|Die „dünne“ UKW B (ganz links), auch genannt „Bruno“, im Walzenkasten einer M4 zusammen mit einigen Walzen. Aufgabe des Funkers war es, die äußeren Schlüsseleinstellungen vorzunehmen, also die zehn Steckerpaare dem Tagesschlüssel entsprechend in das Steckerbrett an der Frontplatte der M4 einzustecken, die Frontklappe zu schließen und danach die vier Walzen in die richtige Anfangsstellung zu drehen. Während die inneren Einstellungen nur alle zwei Tage verändert wurden, mussten die äußeren jeden Tag gewechselt werden. Der Schlüsselwechsel passierte auch auf hoher See um 12:00 D.G.Z. („Deutsche gesetzliche Zeit“), also beispielsweise bei U‑Booten, die gerade vor der amerikanischen Ostküste operierten, am frühen Morgen.

Die befohlenen Schlüssel waren auf damals streng geheimen „Schlüsseltafeln“ verzeichnet. Auch hierbei wurde zwischen inneren und äußeren Einstellungen unterschieden. Die für den Offizier bestimmte Schlüsseltafel mit den inneren Einstellungen hatte etwa folgendes Aussehen:

Schlüssel M " T r i t o n "

Monat: J u n i 1945 Prüfnummer: 123

Geheime Kommandosache!

Schlüsseltafel M-Allgemein

(Schl.T. M Allg.) Innere Einstellung

Wechsel 1200 Uhr D.G.Z.

|Monats- | | | tag | Innere Einstellung |

| 29. |B Beta VII IV V | | | A G N O |

| 27. |B Beta II I VIII | | | A T Y F |

| 25. |B Beta V VI I | | | A M Q T |

Oben sind beispielhaft nur wenige Monatstage dargestellt, wobei, wie damals üblich, die Tage absteigend sortiert sind. So kann man leicht die „verbrauchten“ Codes der vergangenen Tage abschneiden und vernichten. Ähnlich strukturiert war die andere Schlüsseltafel, die die äußeren Schlüsselteile verzeichnete.

Beispiel für den 27. Juni 1945: Innere Einstellung "B Beta II I VIII" bedeutet, der Offizier hatte zuerst als Umkehrwalze die Walze B (dünn) zu wählen. Danach musste er die nichtrotierende Griechenwalze Beta auf Ringstellung A bringen, Walze II auf Ringstellung T, Walze I auf Ringstellung Y und schließlich Walze VIII ganz rechts (als schneller Rotor) auf Ringstellung F einstellen und die Walzen in der Reihenfolge von links nach rechts einsetzen. Mit etwas Gefühl konnte die Ringstellung auch an eingebauten Walzen vorgenommen werden. Der Offizier sperrte den Walzendeckel abEnigma key und übergab die M4 nun an den Verschlüsseler, der die äußeren Einstellungen anhand eigener Unterlagen vornahm.

Schlüssel M " T r i t o n "

Monat: J u n i 1945 Prüfnummer: 123

Geheime Kommandosache!

Schlüsseltafel M-Allgemein

(Schl.T. M Allg.) Äußere Einstellung

Wechsel 1200 Uhr D.G.Z.

| Mo- | | Grund- | | nats-| S t e c k e r v e r b i n d u n g e n | stel- | | tag | | lung |

| 30. |18/26 17/4 21/6 3/16 19/14 22/7 8/1 12/25 5/9 10/15 |H F K D | | 29. |20/13 2/3 10/4 21/24 12/1 6/5 16/18 15/8 7/11 23/26 |O M S R | | 28. |9/14 4/5 18/24 3/16 20/26 23/21 12/19 13/2 22/6 1/8 |E Y D X | | 27. |16/2 25/21 6/20 9/17 22/1 15/4 18/26 8/23 3/14 5/19 |T C X K | | 26. |20/13 26/11 3/4 7/24 14/9 16/10 8/17 12/5 2/6 15/23 |Y S R B |

mini|Bei der M4 waren die Steck­buchsen nicht mit Buch­staben, sondern mit Zahlen gekenn­zeichnet. Das Typenschild zeigt das Fertigungs­kennzeichen aye für die Olympia Büro­maschinen­werke in Erfurt sowie die Jahres­zahl 44 (für 1944).