Ihr Innenleben gehört zu den bestgehüteten Geheimnissen überhaupt – denn schließlich waren die Maschinen selbst Geheimnisträger: Chiffriermaschinen, mit denen Militär, Geheimdienste, aber auch Banken ihre Botschaften verschlüsselten. Jetzt werden 60 dieser Chiffriergeräte aus der Sammlung des Deutschen Museums in einem besonders leistungsstarken Röntgengerät buchstäblich durchleuchtet – und geben die letzten Geheimnisse ihrer Konstruktion preis. Auch die von den Nazis eingesetzte „Enigma“ und ihr deutlich weniger bekannter Nachfolger, das Schlüsselgerät 41, werden gescannt – in einem sehr speziellen Computertomographen des Fraunhofer-Entwicklungszentrums Röntgentechnik in Fürth.

„Wir versprechen uns von diesem Forschungsprojekt neue Erkenntnisse über die Konstruktion der Chiffriergeräte und ihrer Funktionsweise“, sagt die Kryptografie-Kuratorin des Deutschen Museums, Carola Dahlke. „Die Enigma ist recht gut erforscht, aber andere Chiffriergeräte lassen sich einfach nicht zerstörungsfrei öffnen.“ Vor allem die Geräte der frühen Computerzeit geben viele Rätsel auf:  Die Konstrukteure wollten natürlich das Innenleben der Maschinen vor unbefugten Einblicken schützen – um die Funktionsweise der Geräte geheim zu halten und um Nachbauten zu verhindern. „Manche Chiffriergeräte sind verschweißt oder sogar mit einer rätselhaften Masse gefüllt, die dafür sorgt, dass das Innenleben der Maschine zerstört wird, wenn man das Gehäuse öffnet“, verrät Carola Dahlke. Das verbietet natürlich ein Öffnen von Museums-Exponaten – hier muss die Original-Substanz erhalten bleiben. Das Innenleben der Geräte erforschen kann man dank modernster Technik trotzdem.

Und zwar in Fürth, hinter den meterdicken Wänden der Halle des Fraunhofer-Entwicklungszentrums Röntgentechnik EZRT, einem Forschungsbereich des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS. Die Halle birgt eine Tonnen schwere Röntgenquelle mit zwei Detektoren. Mit diesem Schwergewicht schaffen die Fraunhofer-Forscher auch Durchleuchtungen von Großobjekten. So machte sich unter anderem auch schon einer der am besten erhaltenen Schädel eines Tyrannosaurus Rex aus Montana auf den Weg nach Fürth: Die hier gemachten Röntgenbilder suchen weltweit ihresgleichen. Die Anlage wird aber zum Beispiel auch verwendet, um ganze Autos nach Crashtests oder große und schwere Bauteile auf Produktionsfehler zu untersuchen.

Auf einem Rollwagen werden zunächst fünf Chiffriergeräte aus der Sammlung des Deutschen Museums in die Halle gerollt und vorsichtig auf den Drehtellern des Scanners positioniert. Die Scans des schwergewichtigen Riesen-CTs dauern ihre Zeit – deshalb werden mehrere Objekte gleichzeitig gescannt. „Hierzu wurde eine spezielle Vorrichtung namens PolyCT aufgebaut, die für jede der fünf gleichzeitig zu scannenden Chiffriermaschinen die höchste Bildqualität garantiert und so den Scan ganzer Sammlungen besonders effizient macht“, erklärt Michael Salamon, Leiter der Gruppe Hochenergie Röntgensysteme am Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT. Eine der Chiffriermaschinen hat die Reise nach Fürth in Einzelteilen angetreten und wird unter den wachsamen Augen von Kuratorin Carola Dahlke vor Ort zusammengesetzt. Wenig später ist es soweit: Personal und Gäste begeben sich auf die andere Seite der dicken Stahltür, bevor der Scan beginnt – zum Schutz vor der starken Röntgenstrahlung in der Halle.

Matthias Göggerle, der am Forschungsinstitut des Deutschen Museums das Projekt „3D-Cipher“ betreut, erklärt: „Am Ende der Scans werden wir 3D-Modelle von allen 60 Chiffriergeräten haben, die aus einer Zeitspanne von den 1870er-Jahren bis in die 1990er-Jahre stammen.“ Jedes dieser 3D-Modelle aus dem Computertomographen setzt sich aus Tausenden einzelnen Röntgenbildern zusammen – man kann das Chiffriergerät aus jeder denkbaren Perspektive anschauen, drehen, auf jede Ebene im Inneren des Gerätes zoomen und einzelne Bauteile sogar digital „herausnehmen“. Diese 3D-Modelle sollen im Rahmen des Projekts, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, auch für Museumsbesucherinnen und -besucher sichtbar gemacht werden – mithilfe eines speziellen CT-Viewers, auf der Webseite mit eigenen Animationen oder im Rahmen einer App.

Carola Dahlke ergänzt: „Mit solchen 3D-Modellen kann man zum Beispiel auch millimetergenaue Nachbauten der Enigma und anderer Chiffriergeräte anfertigen.“ Und man könne auch endlich feststellen, in welchem Zustand bestimmte Exponate sind, die man nicht einfach aufschrauben kann. „Unser Schlüsselgerät 41 war ja ein Bodenfund. Das Chiffriergerät hat nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs rund 70 Jahre in der feuchten Erde gelegen, und wir wissen nicht, wie sein Inneres ausschaut.“

Weiterer großer Vorteil für die Forschung an den Chiffriergeräten: Man kann die verschiedenen Exemplare desselben Typs auf Abweichungen hin vergleichen. „In der Sammlung des Deutschen Museums sind allein vier Chiffriergeräte des skandalumwitterten Hagelin-Modells CX52 – es wäre sehr spannend, hier Unterschiede in der Mechanik zu finden“, sagt Carola Dahlke. Die Schweizer Crypto AG von Boris Hagelin hatte nämlich Maschinen mit unterschiedlich hohen Sicherheitsstandards produziert. Die weniger sicheren Varianten erlaubten dem US-Geheimdienst, vermeintlich sicher verschlüsselte Nachrichten mitzulesen – ein streng geheimer Deal, der erst 2020 aufflog.

All diese Forschungsergebnisse werden möglich dank modernster Technik im Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT in Fürth, Teil des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS. Den dortigen XXL-Scanner kann man sich ungefähr vorstellen wie einen Computertomographen beim Arzt – nur, dass sich hier keine Röntgenröhre um einen Menschen herumdreht, sondern das Objekt auf einem Drehteller platziert wird und sich dreht, während die Röntgenquelle an ihrem Platz bleibt. Und auch die Röntgenquelle ist viel stärker als bei einem medizinischen Computertomographen. „Das ist nötig, da die Objekte zu einem großen Teil aus Metall bestehen und für konventionelle Röntgenröhren damit schwer zu durchdringen sind“, erklärt Nils Reims, Projektleiter 3D-Cipher am Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT. So lassen sich auch die letzten mechanischen Geheimnisse der streng geheimen Chiffriergeräte ans Licht bringen.

Hier geht es zum Blog-Beitrag über die Scan-Aktion.