Chiffrierung durch Substitution

November 2016

Die Chiffrierung durch Substitution

Bei der Chiffrierung durch Substitution werden in einer Nachricht eine oder mehrere Einheiten (meistens Buchstaben) durch eine oder mehrere andere Einheiten ersetzt.

Man unterscheidet mehrere Arten von Kryptosystemen durch Substitution :

  • Bei der monoalphabetischen Substitution wird jeder Buchstabe der Nachricht durch einen anderen Buchstaben des Alphabets ersetzt
  • Bei der polyalphabetischen Substitution wird eine periodisch wiederkehrende monoalphabetische Ziffernfolge verwendet
  • Bei der homophonischen Substitution wird jedem Buchstaben des Klartexts eine andere mögliche Zeichenfolge zugeteilt
  • Bei der Polygramm-Substitution wird eine Zeichengruppe (Polygramm) in der Nachricht durch eine andere Zeichengruppe ersetzt

Die Caesar-Verschlüsselung

Ist einer der ältesten Chiffriercodes, bereits Julius Caesar benutzte ihn. Das Prinzip der Codierung besteht darin, einen konstanten Wert zu allen Zeichen der Nachricht zu addieren, oder genauer - ihrem ASCII-Code (in der "Computerversion" dieser Codierung).

Das bedeutet, man muss einfach alle Werte der Zeichen der Nachricht um einen bestimmten Wert herabsetzen, also sozusagen jeden Buchstaben durch einen anderen ersetzen. Verschiebt man zum Beispiel die Nachricht "KIOSKEA" um drei Zeichen nach unten, erhält man "NLRVNHD". Entsteht durch die Addition des Werts ein Buchstabe, der über Z hinausgeht, fängt man einfach wieder bei A an, man führt also ein modulo 26 durch.
Als Beispiel - im Film Odyssee im Weltraum, hat der Computer den Namen HAL. Das ist eigentlich IBM , um eine Stelle nach unten verschoben...

Das Zeichen, das dem Wert entspricht, den man zur Nachricht hinzuzählt, wird Schlüssel genannt. In unserem Fall ist der Schlüssel C, da dies der 3te Buchstabe des Alphabets ist.

Dieses Chiffriersystem ist leicht umzusetzen, der Nachteil ist allerdings, dass es völlig symmetrisch ist, was bedeutet, dass eine einfache Substraktion zur ursprünglichen Nachricht zurückführt. Eine banale Methode könnte darin bestehen, einfach mit den Zahlen 1 bis 26 jeweils die Substraktion auszuführen, um zu sehen, ob bei einer eine sinnvolle Nachricht herauskommt.
Eine höhere Methode besteht darin, die Häufigkeiten der Buchstaben in der codierten Nachricht zu berechnen (je länger die Nachricht, desto einfacher wird dies). In jeder Sprache gibt es Buchstaben, die häufiger auftreten als andere (im Französischen ist der am häufigsten verwendete Buchstabe zum Beispiel E), dann wird der Buchstabe, der im verschlüsselten Text am häufigsten vorkommt, wahrscheinlich dem Buchstabe E entsprechen, durch einfache Substraktion erhält man dann den Schlüssel...

Die ROT13 Chiffrierung

Im Spezialfall einer Caesar-Verschlüsselung mit dem Schlüssel N (13er Buchstabe des Alphabets), nennt man die Chiffrierung ROT13 (die Zahl 13, die Hälfte von 26 wurde gewählt, um einfach Textnachrichten zu ver- und entschlüsseln).


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