Merkmale guter Algorithmen | Padding und Zufallszahlen

Substitutions- und Permutationsmethoden

		INFO & WISSEN

Diese beiden Methoden kommen bei Verfahren der symmetrischen Verschlüsselung zum Einsatz - die asymmetrische Verschlüsselung, eine Entwicklung neuerer Zeit ist damit nicht vergleichbar, da dort mathematische Problemstellungen zugrunde liegen.

Substitutionsmethoden

Bei Substitutionsmethoden werden die Zeichen des Alphabets, in dem der Klartext verfasst ist, durch Zeichen eines Chiffretextalphabets ersetzt. Diese beiden Zeichenmengen können verschieden sein. Wenn diese Mengen übereinstimmen nennt man das kryptographische System endomorph.

Monoalphabetische Methoden

Bei monoalphabetischen Methoden werden die Klartextzeichen durch die Zeichen eines einzigen Alphabets ersetzt. Mit Substitutionstabellen kann man diese gut darstellen. Die Schwäche dieser Verfahren ist die meist geringe Anzahl möglicher Schlüssel.

Z.B. ein Re-Arrangement des Alphabetes mit einem Schlüsselwort:

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 : Klartext
C R Y P T A S B D E F G H I J K L M N O Q U V W X Z : Chiffretext

cryptoshop : Klartext
ymxkojnbjk : Chiffretext

Ceasar Cipher , den Cäsar eingesetzt haben soll, ist das typische monoalphabetische Verfahren. Jedes Zeichen wird durch ein K Schritte im Alphabet weiter hinten liegendes Zeichen ersetzt. Diese Methode wird auch additives Verfahren genannt. Wird mit dem Schlüssel K multipliziert, so wird ein multiplikatives Verfahren daraus. Bei affinen Verfahren werden diese beiden Möglichkeiten kombiniert.

Letter-Frequency Analysis:
Manche Buchstaben kommen öfter als andere. Da “E” ist der häufigste Buchstabe im Englischen ist kann man davon ausgehen, dass das häufigste Zeichen eines Chiffretextes einem "E" im (englischen) Klartext entspricht.

Homophonische Methoden

Bei homophonischen Methoden kann jedes Zeichen des Klartextes durch ein zufälliges Zeichen aus einer Menge von mehreren Zeichen ersetzt werden. Diese Mengen sind paarweise disjunkt, damit eine eindeutige Entschlüsselung möglich ist. Dieses Verfahren erschwert statistische Auswertungen, da es die Auftretenswahrscheinlichkeit einzelner Zeichen angleicht. Charakteristische Zeichenfolgen können aber immer noch auftreten.

Polyalphabetische Methoden

Hierbei werden mehrere voneinander unabhängige Alphabete eingesetzt um die Häufigkeitsverteilungen von Zeichen und Gruppen anzugleichen. Bei diesen Verfahren muss feststehen, welches Alphabet für das Klartextzeichen gerade anzuwenden ist.

Dazu gehört das Vigenère Tableau , dessen Grundidee es ist, monoalphabetische Methoden zyklisch anzuwenden. Jede Spalte entspricht einem Chiffretextalphabet. Ein Schlüsselwort, das zyklisch über den Klartext geschrieben wird, legt dabei die Spalte im Tableau fest. Das Klartextzeichen legt die Zeile fest, und das resultierende Zeichen ist das entsprechende Chiffretextzeichen. Bei der Entschlüsselung sucht man in der Spalte das Auftreten des Chiffrezeichens und bestimmt somit das Klartextzeichen. Die von Arthur Scherbius entwickelte Enigma setzt grundsätzlich ein Vigenère Tableau um.

One Time Pad

Wählt man den Schlüssel einer Vigenère Verschlüsselung so, das er die gleiche Länge wie der Klartext hat, so erhält man die "Vernam Chiffrierung", welche als Umsetzung des One-Time-Pads von Shannon für Fernschreiber, gedacht ist. Nimmt man als Schlüssel eine unregelmäßige zufällige Buchstabenfolge, so hat die Häufigkeitsanalyse endgültig keine Chance mehr. Der One-Time-Pad ist bis jetzt das einzige Verfahren, das bedingungslos sicher ist. Dieses Verfahren ist aber unpraktisch, da die Schlüsselfolge zufällig gewählt sein muss, nur einmal eingesetzt werden darf, und mindestens so lang wie der zu verschlüsselnde Klartext sein muss. Zusätzlich ist es schwierig wirklich zufällige Folgen zu generieren.

Enigma

Permutationsmethoden

Bei diesen Methoden auch, Transpositionsmethoden genannt, werden nicht die Zeichen des Klartextes ersetzt, sondern deren Reihenfolge verändert, sprich permutiert. Ein frühes Beispiel ist die griechische Skytale. Permutationsverfahren, wie die Spalten oder die Blocktransposition werden alleine nur mehr für Verschlüsselung von Analogsignalen genutzt.

Skytale

Product Ciphers

Moderne Algorithmen wenden Transposition und Substitution zusammen an, zumeist erst Substitution danach eine Transposition.

Linktipps

	Vigenère Tableau
	Enigma