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Klicktafel · Informatik · Klasse 9–10 · Reihe Kryptografie, Tafel 8

Die Enigma

Walzen, Umkehrwalze und Steckbrett: Wie die Enigma I jeden Buchstaben anders verschlüsselt – und warum gerade ihre Umkehrwalze half, sie zu knacken. Mit einer Simulation der Enigma I (Walzen I–III, Umkehrwalze B).

Einstieg

Zweimal dieselbe Taste – zwei verschiedene Lampen

Ein Funker drückt an der Enigma immer wieder die Taste A. Jedes Mal leuchtet eine Lampe auf. Drückt selbst!

← Taste A drücken
GetipptLampen

Einstellung: Walzen I – II – III, Umkehrwalze B, Startstellung A A A, kein Steckerkabel.

Dieselbe Taste, aber immer wieder eine andere Lampe. Warum?

Station 1 · Aufbau

Was steckt in der Enigma?

Auftrag: Verfolgt mit dem Finger den Weg des Stroms von der Taste bis zur Lampe. Durch welche Teile kommt er?

Stromweg in der Enigma: von der Taste über Steckbrett, Eintrittswalze, die Walzen III, II und I zur Umkehrwalze und auf anderem Weg zurück bis zur Lampe. Umkehrwalze Walze I Walze II Walze III Eintritt Steckbrett Tastatur Lampen blau: Hinweg von der Taste zur Umkehrwalze orange: Rückweg auf anderem Draht zur Lampe
Tastatur und Lampenfeld
Taste drücken schließt einen Stromkreis, eine Lampe leuchtet.
Steckbrett
Kabel tauschen Buchstabenpaare – vor und nach den Walzen.
Drei Walzen
Jede ist innen verdrahtet und vertauscht alle 26 Buchstaben. Die rechte dreht sich bei jedem Tastendruck.
Umkehrwalze
Dreht sich nicht. Sie schickt den Strom auf einem anderen Weg zurück.

Wie oft fließt der Strom bei einem Tastendruck durch Walze II?

Station 2 · Weg des Stroms

Neun Stationen für einen Buchstaben

Auftrag: Drückt zweimal dieselbe Taste. Wo unterscheiden sich die beiden Wege zum ersten Mal?

Station 3 · Weiterdrehen

Wie ein Kilometerzähler – fast

Auftrag: Stellt A D T ein und drückt einzeln weiter. Notiert: Bei welchem Druck dreht sich die mittlere Walze, wann die linke?

Tastendrücke: 0

Jede Walze hat an einer Stelle eine Kerbe. Dort nimmt sie beim Weiterdrehen die linke Nachbarin mit: Walze III beim Sprung von V auf W, Walze II von E auf F. Links von Walze I dreht sich nichts mehr.

Wann dreht sich die mittlere Walze weiter?

Station 4 · Simulation Enigma I

Selbst verschlüsseln

Auftrag: Wählt eine Startstellung und zwei bis drei Steckerkabel. Verschlüsselt ein kurzes Wort und schreibt Startstellung, Kabel und Geheimtext an die Tafel.

Steckbrett – zwei Buchstaben antippen verbindet sie mit einem Kabel, belegten Stecker antippen löst es.

Kabel: keine

Getippt Lampen
Startstellung: A A A

Walzen I – II – III, Umkehrwalze B, Ringstellung fest auf A (01). Ändert ihr Startstellung oder Kabel, wird der Text gelöscht.

Station 5 · Hin und zurück

Wie liest der Empfänger die Nachricht?

Auftrag: Entscheidet euch zuerst. Prüft dann mit dem Knopf links – oder mit eurem eigenen Geheimtext an der Simulation.

Beide haben eine Enigma mit derselben Einstellung: Walzen I – II – III, Umkehrwalze B, Startstellung E M S, Kabel A–M, F–I, N–V.

Funker tippt Funkspruch Empfänger

Was muss der Empfänger an seiner Enigma tun?

Station 6 · Schwachstelle

Kann A zu A werden?

Auftrag: Schätzt zuerst. Lasst dann die Maschine 1000 zufällige Tasten drücken und zählt nach.

Wie oft leuchtet bei 1000 Tastendrücken dieselbe Lampe wie die gedrückte Taste?

Die Begründung erscheint nach „Auflösen“.

Station 7 · Knacken

Wo steht das vermutete Wort?

Auftrag: Ihr vermutet, dass im Funkspruch WETTERBERICHT steht. Schiebt das Wort an alle 18 Stellen. Welche Stellen sind unmöglich, weil ein Buchstabe auf sich selbst fiele?

Stelle 1 von 18 ·

Oben: abgefangener Funkspruch (X steht im Klartext für ein Leerzeichen). Unten: das vermutete Wort. Rot mit ✗: gleicher Buchstabe übereinander.

Wie viele der 18 Stellen bleiben möglich?

Station 8 · Geschichte, Teil 1

Wer hat die Enigma geknackt?

Auftrag: Entscheidet euch zuerst. Lest nach dem Auflösen die Zeitleiste: Was war die größte Hürde für das polnische Chiffrebüro?

Wer hat die Enigma als Erstes geknackt?

Station 9 · Geschichte, Teil 2

Bletchley Park und die Turing-Bombe

Auftrag: Erklärt mit Station 7: Womit fing die Bombe ihre Suche an – und warum half ihr die Schwachstelle?

  1. Sept. 1939Nach dem deutschen Angriff auf Polen arbeiten britische Codeknacker in Bletchley Park weiter an der Enigma – auf der polnischen Arbeit aufbauend.
  2. IdeeAlan Turing erfindet die Bombe, eine elektromechanische Suchmaschine. Gordon Welchman verbessert sie entscheidend.
  3. 14.3.1940Die erste Bombe („Victory“) arbeitet in Bletchley Park.
  4. AlltagJeden Tag mussten Walzenlage, Walzeneinstellungen und Steckbrett neu gefunden werden – für 3000 bis 5000 abgefangene Funksprüche täglich.
  5. bis 1945Rund 211 Bomben werden gebaut und eingesetzt.

Womit begann die Bombe ihre Suche?

Abschluss

Check

Auftrag: Entscheidet euch zuerst, dann auflösen. Begründet mit einem Bauteil der Enigma.

Jemand tippt AAAA. Welcher Geheimtext kann sicher nicht herauskommen?

Warum wird dasselbe A meist zu verschiedenen Buchstaben?

Hinweise für Lehrkräfte

Jahrgang und Zeit

Klasse 9–10, Informatik, Tafel 8 der Reihe Kryptografie (vorher: One-Time-Pad, Übersicht: Verschlüsselung).

45 Minuten: Einstieg, Stationen 1–3, Station 6, Check. 90 Minuten: alle Stationen; dazu in Station 4 Funksprüche zwischen zwei Gruppen austauschen (iPads, gleiche Startstellung und Kabel).

Lernziele

  • Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Stromweg Taste → Steckbrett → Walzen → Umkehrwalze → zurück → Lampe.
  • Sie erklären, warum gleiche Klartextbuchstaben verschieden verschlüsselt werden (Walzen drehen vor jedem Druck).
  • Sie begründen, warum Ver- und Entschlüsseln gleich sind und warum kein Buchstabe zu sich selbst wird.
  • Sie nutzen diese Schwachstelle, um Lagen eines vermuteten Worts auszuschließen.

Typische Fehlvorstellungen

  • „Turing hat die Enigma allein geknackt.“ Richtig ist: Das polnische Chiffrebüro brach sie ab 1932; Bletchley Park baute darauf auf.
  • „Die Enigma war schlecht gemacht.“ Richtig ist: Ihre Einstellungen waren viel zu viele zum Durchprobieren. Geknackt wurde sie mit Mathematik, Schwächen im Bedienverfahren, vermuteten Textstücken und Maschinen.
  • „Die Bombe war ein Computer.“ Richtig ist: eine elektromechanische Suchmaschine für Walzeneinstellungen.
  • „Gleicher Buchstabe – gleicher Geheimbuchstabe“ wie bei Cäsar. Gilt hier nicht.

Was die Simulation weglässt

  • Ringstellung (fest auf A bzw. 01) und Walzenwahl (fest I – II – III, Umkehrwalze B).
  • Das Verfahren mit Tagesschlüssel und Spruchschlüssel. Daran setzte die polnische Arbeit an.
  • Die Walzen der Enigma I trugen Zahlen 01–26 statt Buchstaben; hier stehen Buchstaben, die Zahl klein darunter.
  • Die Eintrittswalze in der Skizze verbindet Steckbrett und Walzen; bei der Enigma I vertauscht sie nichts.

An der Tafel

Adresse mit #tafel startet den Tafelmodus, #tafel-5 direkt die Simulation. → / Bild↓ weiter, ← / Bild↑ zurück, Esc beendet. Auf den Tafeln 3 und 5 tippen auch die Buchstabentasten einer Tastatur.

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