Kryptoanalyse klassischer Chiffrierverfahren

Einleitung

 

Elemente der Verschlüsselung

 

Monoalphabetische Substitutionschiffren

 

Analyse monoalphabetischer Substitutionschiffren

 

Beispiel: Analyse einer monoalphabetischen Chiffre

 

Polyalphabetische Chiffrierverfahren

 

Kasiski-Test

 

Beispiel: Analyse einer polyalphabetischen Chiffre

 

Permutationschiffren

 

In diesem ersten Kapitel werden ausschließlich klassische Chiffrierverfahren betrachtet. Dabei handelt es sich um Verfahren, die (lange) vor dem zweiten Weltkrieg entwickelt und verwendet wurden. Besonders interessant sind die Verfahren von J. G. Caesar, Leon Battista Alberti und Blais de Vigenere. Diese Verfahren werden im Rahmen von Beispielen kurz vorgestellt. Caesar, Alberti und Vigenere waren natürlich nicht die einzigen, die sich Gedanken um Chiffren machten und entsprechende Verfahren erfanden. Viele interessante Verfahren sind entworfen worden, und es wurden die unterschiedlichsten Chiffriermaschinen konstruiert und gebaut. Einige dieser Meisterwerke der Feinmechanik sind noch erhalten und können in Museen und Ausstellungen bewundert werden. Eine hervorragende Übersicht der Verfahren und viele Abbildungen von historischen Chiffriermaschinen wurden von D. Kahn zusammengestellt und in dem Klassiker "The Codebreakers" veröffentlicht. Um wenigstens einen Teil der klassischen Verfahren zu erfassen, werden in diesem Kapitel drei Klassen von Chiffrierverfahren beschrieben: Die monoalphabetischen Substitutionschiffren, die polyalphabetischen Substitutionschiffren und die Permutationschiffren. Die Beschreibung dieser Chiffren geht so weit, daß auch detailliert dargestellt wird, wie man diese Chiffren analysiert (knackt). Dafür gibt es zwei Gründe: Erstens sind die klassischen Analysetechniken grundlegend und sollten natürlich auch bei der Entwicklung und Anwendung moderner Chiffrierverfahren entsprechend berücksichtigt werden. Zweitens gibt es auch heute noch einige Produkte zum Schutz von Daten, die auf klassischen Verfahren basieren und somit nachweislich unsicher sind.

Das Kapitel ist in zehn Abschnitte unterteilt. Nach einer kurzen Einleitung werden die grundlegenden Elemente und Begriffe der Verschlüsselung vorgestellt. Abschnitt 1.3 beschreibt dann den allgemeinen Aufbau monoalphabetischer Substitutionschiffren, und im darauf folgenden Abschnitt wird erklärt, wie man klassische monoalphabetische Substitutionschiffren analysiert. Die entsprechenden Analysetechniken werden in Abschnitt 1.5 an einem ausführlichen Beispiel demonstriert. Ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der Kryptologie war die Erfindung polyalphabetischer Chiffren (16. und 17. Jahrhundert). Diese Chiffren werden in Abschnitt 1.6 vorgestellt. Dazu wird eine allgemeine Definition präsentiert sowie ein klassisches Beispiel, die Vigenere Chiffre. Für die Analyse einer polyalphabetischen Chiffre sind zwei Methoden von grundlegender Bedeutung. Der Kasiski-Test und die Berechnung der Zeichenkoinzidenz nach Friedman. In den Abschnitten 1.7 und 1.8 werden beide Methoden ausführlich beschrieben. Im darauf folgenden Abschnitt werden die Methoden zur Analyse polyalphabetischer Chiffren an einem Beispiel vorgeführt. Der letzte Abschnitt in diesem Kapitel dient der Beschreibung sogenannter Permutationschiffren sowie deren Analyse.