Historische mono- und polyalphabetische Verfahren
Abschnittsübersicht
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Dem Sicherheitsziel Vertraulichkeit haben wir uns schon in der Sekundarstufe I gewidmet und verschiedene kryptografische Verfahren - also Algorithmen zum Ver- und Entschlüsseln von Nachrichten untersucht. Dabei mussten wir einige Verfahren als unsicher einstufen, da die erzeugten Geheimtexte auch ohne Kenntnis des Schlüssels zu brechen waren.Im Folgenden wollen wir unser Wissen und Können reaktivieren.
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Wiederholen Sie an den Stationen die Grundbegriffe und Grundprinzipien klassischer kryptografischer Verfahren. Realisieren Sie die Übungen zum Ver- und Entschlüsseln sowie zum Brechen der Verschlüsselung.
Bewerten Sie die Verfahren jeweils hinsichtlich der Sicherheitsziele und des Prinzip von Kerckhoffs.
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Zusammenfassung
Im Kontext der Verfahren haben wir die Begriffe Klartext, Geheimtext, Klartextalphabet, Geheimtextalphabet und Schlüssel wiederholt. Die Tätigkeiten sind verschlüsseln und entschlüsseln.
Alle bisherigen Verfahren sind symmetrische Verfahren. Sie verwenden zum Ver- und Entschlüsseln den gleichen Schlüssel.
Monoalphabetische Verfahren verwenden genau ein Geheimtextalphabet. Beim Caesar-Verfahren ist dies beispielsweise das um mehrere Stellen verschobene Klartextalphabet.
Klartextalphabet A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
Geheimtextalphabet D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
A
B
C
Polyalphabetische Verfahren verwenden mehrere Geheimtextalphabete. Beim Vigenère-Verfahren erfolgt die Auswahl des Alphabets anhand des jeweiligen Schlüsselbuchstabens.
Alle bisher besprochenen Verfahren können nicht zur Herstellung des Sicherheitsziels Vertraulichkeit verwendet werden, da sich damit verschlüsselte Texte mithilfe von statistischen Methoden ohne Kenntnis des Schlüssel in den Klartext überführen lassen. Das Brechen der Verschlüsselung sollte jedoch unmöglich oder zumindest nur mit extrem hohen Ressourcenaufwand möglich sein.
Nachweislich perfekte Sicherheit bietet das One-Time-Pad (OTP). Es basiert auf dem Vigènere-Verfahren und setzt zusätzlich folgende Bedingungen:
- Die Schlüssellänge ist gleich der Klartextlänge.
- Der Schlüssel besitzt eine zufällige Zeichenreihenfolge.
- Der Schlüssel wird nur einmalig verwendet.
Das OTP erfüllt das Sicherheitsziel Vertraulichkeit und Kerckhoffs Prinzip. Für alltägliche sichere Kommunikation ist es aber nicht nutzbar.Alle Verfahren haben das Problem, dass beide Kommunikationsparteien den gleichen Schlüssel besitzen müssen. Sollen alle Menschen auf der Welt miteinander verschlüsselt kommunizieren, dann muss ich mit jedem Menschen auf der Welt einen individuellen Schlüssel vereinbaren. Nutze ich einen Schlüssel mehrfach, so können mehrere Personen die Nachricht mitlesen.
Versuchen wir nun, das Problem der Schlüssel zu lösen.
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