Klassische Chiffren: Caesar-, ROT13-, Atbash- und Affinchiffre

Klartext, Chiffretext und Schlüssel

Die ursprüngliche Nachricht ist der Klartext. Die verschlüsselte Version ist der Geheimtext. Eine Chiffre ist die Regel, die den einen in den anderen verwandelt, und der Schlüssel ist das geheime Detail, das genau festlegt, welche Verschlüsselung verwendet wird.

Eine gute Gewohnheit, die aus den 1800er-Jahren stammt, ist, davon auszugehen, dass der Feind die Methode der Chiffre kennt und nur der Schlüssel geheim ist. Alles Folgende sollte an diesem Maßstab gemessen werden: Wenn jemand weiß, was du getan hast, aber deinen Schlüssel nicht kennt, kann diese Person dann trotzdem deine Nachricht lesen?

Cäsar-Chiffre: Verschiebung des Alphabets

Die Caesar-Verschiebung verschiebt jeden Buchstaben um einen festen Betrag nach vorn. Verwende eine Verschiebung um 3: Aus A wird D, aus B wird E, und nach Z geht es wieder bei C los. Der römische Schriftsteller Sueton berichtet, dass Julius Caesar diese Methode für militärische Briefe verwendete.

Die Anzahl der Stellen ist der Schlüssel. Wer sie kennt, kann die Verschiebung rückgängig machen. Das Problem ist, dass es nur wenige Schlüssel gibt: lediglich 25 sinnvolle Verschiebungen. Ein Angreifer kann sie einfach alle ausprobieren – eine Brute-Force-Suche, die von Hand eine Minute dauert und auf einem Computer überhaupt keine Zeit braucht.

ROT13

ROT13 legt die Caesar-Verschiebung auf 13 Stellen fest. Da das Alphabet 26 Buchstaben hat, bringen dich zwei Verschiebungen um 13 wieder an den Anfang zurück. Verschlüsseln und Entschlüsseln sind derselbe Vorgang. In Foren wurde ROT13 verwendet, um Spoiler zu verbergen, weil es einen flüchtigen Blick verhindert, aber nichts wirklich schützt.

Atbash: das gespiegelte Alphabet

Atbash schreibt das Alphabet rückwärts unter sich selbst. Dadurch gehört A zu Z, B zu Y, C zu X und so weiter. Die Methode stammt aus dem hebräischen Alphabet und kommt in einigen alten Texten vor.

Wie ROT13 hat sie überhaupt keinen Schlüssel und macht sich selbst rückgängig: Spiegle das Spiegelbild, und du bist wieder am Ausgangspunkt. Das macht sie zu einem Rätsel, nicht zu einem Schloss. Sobald jemand das Muster erkennt, steht jede damit geschriebene Nachricht offen.

Affine-Chiffre: multiplizieren, dann verschieben

Gib jedem Buchstaben eine Zahl: A = 0 bis Z = 25. Die affine Chiffre nimmt diese Zahl, multipliziert sie mit a, addiert b und wickelt bei 26 wieder von vorne herum:

E(x) = (a·x + b) mod 26

Setze a = 1, und du erhältst wieder eine einfache Caesar-Verschiebung. Durch die Multiplikation liegen benachbarte Buchstaben weit auseinander, wodurch das Ergebnis stärker durcheinander aussieht.

Es gibt jedoch einen Haken. Damit das Entschlüsseln funktioniert, muss jeder verschlüsselte Buchstabe genau von einem Klartextbuchstaben stammen. Das ist nur der Fall, wenn a keinen gemeinsamen Teiler mit 26 hat. Deshalb funktionieren a = 3 und a = 5, aber a = 2 oder a = 13 nicht: Sie würden zwei verschiedene Buchstaben an dieselbe Stelle schicken. Für a sind nur 12 Werte erlaubt. Zusammen mit den 26 Werten für b ergeben sich 312 Schlüssel. Das ist besser als 25, aber für einen Computer immer noch winzig.

Schlüsselwortsubstitution: jede beliebige Umstellung.

Warum jeden Buchstaben nach einer Regel verschieben? Bei einer Substitutionschiffre kann der Schlüssel jedes beliebige gemischte Alphabet sein. Damit man sich die Mischung leichter merken kann, schreibt man zuerst ein Schlüsselwort, entfernt doppelte Buchstaben und fügt dann die übrigen Buchstaben in der richtigen Reihenfolge hinzu. Das Schlüsselwort ZEBRAS ergibt das Schlüsselalphabet ZEBRASCDFGHIJKLMNOPQTUVWXY. Dadurch wird A zu Z, B zu E, C zu B und so weiter.

Die Anzahl der möglichen Mischungen beträgt 26 Fakultät, also etwa 4 × 10²⁶. Sie alle auszuprobieren ist aussichtslos, deshalb schien die Substitution jahrhundertelang unknackbar. Das war sie nicht.

Warum keine dieser Methoden heutzutage noch sicher ist.

Substitutionschiffren haben eine verhängnisvolle Eigenschaft: Ein Buchstabe wird immer zum gleichen Buchstaben. Dadurch bleibt die Struktur der Sprache erhalten. Im Englischen kommt E am häufigsten vor, gefolgt von T, A und O, während Q und Z selten sind. Gelehrte in der islamischen Welt beschrieben die Frequenzanalyse bereits um das neunte Jahrhundert: Zähle die Buchstaben im Geheimtext, ordne den häufigsten Buchstaben E zu und nutze Wortmuster (ein Wort aus einem einzigen Buchstaben ist wahrscheinlich A oder I), um den Rest zu ermitteln.

Längere Nachrichten liefern bessere Statistiken, daher hilft selbst ein riesiger Schlüsselraum nicht. Moderne Chiffren werden so entwickelt, dass der Geheimtext keine solchen Muster zeigt, und ihre Sicherheit beruht auf Schlüsseln, die viel zu groß sind, um sie zu erraten. Für alles Reale solltest du gut geprüfte moderne Werkzeuge verwenden, niemals ein eigenes Verfahren.

So können Sie dies im Labor untersuchen.

Das Codes-&-Chiffren-Labor gibt dir eine drehbare Chiffrierscheibe sowie Werkzeuge zum Zählen von Buchstaben und Testen von Vermutungen. Eine gute Reihenfolge durch die erste kostenlose Welt:

1. Beginne mit Der Caesar-Verschiebung und versuche, sie zu knacken.
2. Sieh dir das selbstinverse Verhalten von ROT13 und danach von Atbash an.
3. Teste in Affine: multiplizieren, dann verschieben, welche Multiplikatoren funktionieren.
4. Erstelle in Schlüsselwort-Substitution einen gemischten Schlüssel.

Dies ist ein vereinfachtes Lehrmodell historischer Chiffren. Es soll ein intuitives Verständnis von Schlüsseln und Angriffen vermitteln, nicht echte Nachrichten schützen.