Projektpraktikum für Ingenieure: Enigma reloaded
Wintersemester 2003/4

Veranstaltung:	Nr. 080197
Vorbesprechung:	keine
Termin:	Montag, 12 ct
Beginn:
Ort:	HRS-3
Dozent:	Martin Steffen
Hilfskräfte:	keine

Für die offiziellen studientechnischen Daten sei auf das Univis-System der Universität verwiesen.

Die Enigma ist die berühmteste Vertreterin elektomechanischer Verschlüsselungsmaschinen. Sie wurde im zweiten Weltkrieg vom deutschen Militär zur verschüsselten Übermittlung von Morsesignalen auf taktischer Ebene eingesetzt. Es gelang den Allierten, in der Hauptsache den Briten mit entscheidenden Vorarbeiten der Polen, verschiedene Schwächen der Maschine selbst, ihrer Verschlüsselungsprozeduren, und allgemein fehlerhafte und schlampige Bedienung auszunutzen und so routinemäßig, wenn auch mit Unterbrechungen, den Funkverker der Achsenmächte mitzulesen.

Der Gegenstand des Praktikums ist der Entwurf und die Realisierung

einer generischen Enigma sowie einer bestimmten Variante der Enigma,
ihre Visualisierung in einer graphischen Benutzeroberfläche sowie
die Umsetzung verschiedener kryptographischer Angriffe.

Die Implementierungsprache ist Java.

Termin/Woche

Thema

Material

Leistungskontrolle

20.10.

Einführung, Engima, CVS

handouts 1, 2, 4; Aufgabenstellung 1

27.10.

OO/Entwurf

Walzendetails,

(3.11)

(Diskussion der Entwürfe)

11.11

Gui's

Anhaltspunkte zu den Abnahmekriterien

17.11

Gui's

Aufgabenstellung 2

1. Abnahme: Automat (+4)

24.11.

Angriffe auf die Enigma

Bilder und Texte einpacken

1.12.

Angriffe auf die Enigma (Indikatorangriff + Anfang der Zygalskiroste)

Abgabe: Freitag 5.12, 18:00, Zusatzinfo: ``Ein/Ausgabe'' u. genauere Spezifikation, Beispieltexte

8.12.

Aufgabenstellung 3: (Angriffe)

Anhaltspunkte zu den Abnahmekriterien (Gui)

Abgabe: Freitag, 6.2.2004

16.

16.2

Endprüfung: 16.2.04 Anhaltspunkte zur Endprüfung

Prüfungen

1 Organisatorisches

Zeitplan

Das Semester läuft vom 15.10. 2003 -- 20.2.2004, wir starten am Montag, den 20.10; das ergibt nominell ca. 16 Termine, d.h. 15 Wochen.

Nachdem am Ende nur noch eine Person aktiv übriggeblieben ist, wurde der Zeitplan und die Aufgabenstellung im Vergleich zum Sommer etwas verändert, um der reduzierten Arbeitskraft Rechnung zu tragen. Im wesentlichen wurden nur die ersten beiden Teile der Aufgabenstellung des Sommers umgesetzt:

Enigma: Implementierung der Entschlüsselungsmaschine
Visualisierung: Realisierung einer graphischen Benutzeroberfläche für die Enigma.

Prüfungs- und Scheinmodalitäten

Das Praktikum wird mit einer mündlichen Prüfung abgeschlossen, die die Abschlußnote bestimmt. Die Prüfung umfaßt unter anderem eine Vorstellung und Diskussion der Lösung und eine Toolvorführung. Genaueres wird rechtzeitig bekanntgegeben.

Es gibt zusätzlich eine Bonusregelung: Nach jeder der drei ersten Projektphasen erfolgen gruppenweise bewertete Abnahmen mit einer maximalen Gesamtpunktzahl 100, die zu 30% auf die Abschlussnote (sehr gut entspricht 100 Punkten) angerechnet werden.

Beispiel: In den Abnahmen erhält die Gruppe 100 Punkte, während das Ergebnis der mündlichen Einzelprüfung befriedigend (67 Punkte) ist. Dann ist sehr gut die Abschlussnote (97 Punkte).
Beispiel: In den Abnahmen erhält die Gruppe 30 Punkte, während das Ergebnis der mündlichen Einzelprüfung befriedigend (67 Punkte) ist. Dann ist gut die Abschlussnote (76 Punkte).
Beispiel: Bei den Abnahmen erhält die Gruppe nur 20 Punkte, während das Ergebnis der mündlichen Einzelprüfung sehr gut ist. Dann ist sehr gut die Gesamtnote.

Bachelor

Anmeldungen zur Bachelorprüfung für das Software-Praktikum müssen schriftlich erfolgen; Anmeldeformulare werden in der Vorlesung und während der Terminalzeiten ausgegeben.

Technische Rahmenbedingungen

Wir werden mit der Java-Version JDK 1.4 arbeiten. Um Frickeleien, Reibungsverluste und vermeidbare Fehlersuche zu vermeiden, ist die Verwendung dieser Version verpflichtend, also nicht erstmal mit Version 1.2 oder so beginnen, weil man sie gerade zur Hand hat und hoffen daß schon fast alles gutgeht. Ebenfalls verpflichtend für alle Teilnehmer ist die Verwendung von CVS (``concurrent version control''). Von unserer Seite gibt es Unterstützung was die Benutzung betrifft, sowie Tipps wie man (wenn man das will) es auf seinem eigenen Rechner unter Windows installieren will.

``Verpflichtend'' heißt (um es deutlich zu sagen), daß die Verwendung der angegebenen JDK Version und von CVS zur Abgabe vorgeschrieben ist; dies ist notwendig, damit, bei der Masse der Teilnehmer, sich die Betreuung und die Unterstützung von unserer Seite auf die programmiertechnischen und inhaltlichen Fragen konzentrieren kann und wir uns nicht mit Fragen der Art ``auf welche Weise und wo gibt nochmal gleich Gruppe 14 ihre Lösung meistens ab?'' befassen müssen, oder wir uns Gedanken machen müssen über Aussagen wie ``Aber bei mir daheim, unter XYZ, läuft es.''.

Erreichbarkeit

Jeder der Teilnehmer sollte per email erreichbar sein. D.h., wenn jemand mehrere Adressen bei verschiedenen Providern hat, sollte er bei uns mit einer vermerkt sein, die regelmäßig gelesen wird. Auf jeden Fall empfiehlt es sich (falls es noch ohne jemand gibt), sich einen Account an der Uni zu beschaffen, denn im Zweifelsfall ist die Plattform, auf dem das Tool getestet werden, ist das Netzwerk der Uni.¹

2 Unterlagen

Information zur (lokalen) Java Installation

Der account mit den lokalen Java-Installation(en) und einigen Zusatzwerkzeugen
- Java 1.4 Doku
- Tools, vor allem ``basic tools''
- Wie setze ich CLASSPATH?
- Java-1.4 API (oder ohne Frames)
- Swing/JFC Kurzer Kurs über Swing/JFC
Java-FAQs

Information zur im Kurs verwendeten Software

Java coding conventions
Java-Plugin
Jar
Concurrent version control: die Verwendung von CVS für das für alle verpflichtend! Eine gute, lokale Informationsquelle sind die Info-Seiten im emacs. Siehe auch den ausgeteilten Zettel.
- der öffentliche CVS-Server der Informatik
- eine lokale deutsche CVS-Kurzeinführung von Sebastian Fischer
- CVS-home und Molli's cvs-Seite
- das Manual (``der Cederqvist''), gibt's auch als Info-Dokument im emacs.
- Referenzliste
- eine gute Kurzeinführung
- Open Source Development with CVS, Karl Vogel.
Java Development in emacs²: JDE.
Informationen zu gnu make (und weitere gnu-software) hier, beides ist wiederum auch innerhalb des Info-Systems des Emacs zugänglich). Bitte das gnu-make unter /opt/gnu/bin/ anstelle des Sun-Solaris make verwenden.
JUnit Softwaretesting
UML-stuff
- UML quick reference
- UML-tools Überblick
- Poster
- Together 6.0

3 Literatur

Drei einführende (aber durchaus anspruchsvolle) Bücher zum Thema Krypographie, die zugrundeliegende Theorie und ihre Anwendungen sind [Koh81], [Den83] und (etwas neuer) [Gol01].

Sehr viel Material von historischem Interesse, insbesondere auch zu den Varianten der Enigma und der Angriffe, findet sich in [DK85][DKK+87][DKK+89][DKK+98].

Ein ``Klassiker'' über Methoden der Kryptographie und ihre Geschichte ist [Kah67], mittlerweile gibt es mehrere Nauauflagen. Das Taschenbuch [HS93] enthält eine Sammlung Erinnerungen von Leuten die im zweiten Weltkrieg an der Entschlüsselung, Sichtung und Auswertung nachrichtendienstlicher Informationen in Bletchley Park beteiligt waren. Der Bericht [Wel82] gibt ebenfalls interessante Detail verschiedener Angriffe. Das Buch [Win74], welches das Geheimnis um Bletchley Park lüftete, beschreibt die Ereignisse nicht aus Sicht das Mathematikers, sondern aus der des Geheimdienstes. Die Biographie über Alan Turing einschließlich seiner Rolle in Bletchley Part ist [Hod83]. Zwei populärwissenschaftliche Bücher zum Thema sind [Kip99] und [Sig01]. Tiefergehend ist [Bau91], der auch eine Fülle historisches Material enthält.

4 Engima-Links

Enigma

Code & Ciphers: Der beste Ausgangspunkt für Material für unseren Kurs

Photos

Photos und Anschauungsmaterial: manche Seiten sind nicht sehr tiefgehend, was die mathematischen Grundlagen der Engima und ihrer Entschlüsselung betrifft. Dennoch bieten die Photos der Machine (oder Nachbauten) machmal wertvolle Intuition.

Enigma-Replika: recht viele Photos, einschließlich Nahaufnahmen der Walzen. Die Verdrahtung der Walzen ist angegeben.
ein paar brauchbare Schemazeichnungen finden sich auf der Seite des Deutsches Museums, auch finden sich dort die deutschen technischen Bezeichnungen für die Bestandteile der Enigma und ihrer Walzen.

Personen

Alan Turing

Enigma-Emulatoren

im Netz

Enigma-applet, technisch korrekt
X Enigma-Emulatoren im Netz (+ weitere Links)

Weitere Seiten

eine weitere Beschreibung der Enigma, eine solide Seite, auch findet sich dort eine Beschreibung der Anomalie
Enigma Verschlüsselungmaschinen. die Enigma ist als prominenter Vertreterin kurz beschrieben, es finden sich auch eine gute Photos.
Kurzdarstellung der Enigma einschließlich ein wenig über die Angriffe, mehrere weiterführende Links
die britische Bombe
Kryptologie Einschlie"slich Material der Crypto-Simulation Group, die eine Galerie von Simululationen historischer Verschl"usselungsmachinen enth"alt
Rekonstruktion der Britischen Bombe
weiteres Material über die Enigma, insbesondere eine umfangreiche Liste von verschiedenen Varianten der Enigma und ein kurzes Glossar der englische/deutschen Bezeichnungen.

References

[Bau91]: Friedrich L. Bauer. Entzifferte Geheimnisse. Methoden und Maximen der Kryptologie. Springer-Verlag, 1991.
[Den83]: Dorothy Elizabeth Robling Denning. Cryptography and Data Security. Addison-Wesley, 1983.
[DK85]: Cipher A. Deavours and Louis Kruh. Machine Cryptography and Modern Cryptanalysis. IPF. Artech House Books, 1985.
[DKK⁺87]: Cipher Deavours, David Kahn, Louis Kruh, Greg Mellen, and Brian Winkel. Cryptology: Yesterday, Today, and Tomorrow. IPF. Artech House Books, 1987.
[DKK⁺89]: Cipher Deavours, David Kahn, Louis Kruh, Greg Mellen, and Brian Winkel. Cryptology: Machines, History & Methods. IPF. Artech House Books, 1989.
[DKK⁺98]: Cipher A. Deavours, David Kahn, Louis Kruh, Greg Mellen, and Brian J. Winkel, editors. Selections from Cryptologia. History, People, and Technology. Artech House, 1998.
[Gol01]: Oded Goldreich. Foundations of Cryptography. Cambridge University Press, 2001.
[Hod83]: Andrew Hodges. Alan Turing: The Enigma of Intelligence. Unwin Paperbacks, 1983.
[HS93]: F. H. Hinsley and Alan Stripp, editors. Code Breakers. The Inside Story of Bletchley Park. Oxford Paperbacks, 1993.
[Kah67]: David Kahn. The Codebreakers. McMillan, 1967.
[Kip99]: Rudof Kippenhahn. Verschlüsselte Botschaften. Gescheimschrift, Enigma und Chipkarte. rororo, 1999.
[Koh81]: Alan G. Kohnheim. Cryptography. A Primer. John Wiley and Sons, Inc., 1981.
[Sig01]: Simon Signh. Geheime Botschaften. Die Kunst der Verschüsselung von der Antike bis in die Zeiten des Internet. dtv, 2001.
[Wel82]: G. Welchman. The Hut Six Story. McGraw-Hill, 1982.
[Win74]: Frederick William Winterbotham. The Ultra Secret. Weidenfeld & Nicholson, 1974.

1: Ja, ja, Java ist plattformunabhängig ....
2: The one true editor

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