Substitutions-Chiffre
Bei dieser Chiffre wird jeder Buchstabe des Klartexts durch einen jeweils festgelegten anderen Buchstaben ersetzt.
Beispiel (Verschiebe-Chiffre auch Caesar-Chiffre genannt):
Der Chiffretext wird durch eine Verschiebung der Buchstaben des Klartexts um jeweils Positionen im Alphabet erzeugt. Anzahl der möglichen Schlüssel: 26
Angriff auf Substitutions-Chiffre:
- Geringe Anzahl der Schlüssel macht Brute-Force möglich
- Erfolgreiche Ciphertext-Only-Attacke möglich mit Häufigkeitsanalyse
- Nicht alle Buchstaben kommen in Klartexten gleich oft vor, z.B. kommt "e" in deutschen Texten am häufigsten vor (ca. 17%)
- Die Anzahl des Auftretens der einzelnen Buchstaben (z.B. "e") im Chiffretext ermöglicht Ermittlung des Verschiebeschlüssels
Permutations-Chiffre
Der Chiffretext wird erzeugt, indem auf den Klartext eine festgelegte Permutation der Buchstaben des Alphabets angewandt wird:
Anzahl der Schlüssel:
Polyalphabetische Chiffre
Homophone Chiffre:
Bei der Homophone Chiffre werden häufig vorkommende Buchstaben durch verschiedene Zeichen chiffriert, so dass jedes Zeichen im Chiffretext gleich oft vorkommt, z.B. "e" wird durch 17 verschiedene Zeichen verschlüsselt.
Bei der Homophone Chiffre werden häufig vorkommende Buchstaben durch verschiedene Zeichen chiffriert, so dass jedes Zeichen im Chiffretext gleich oft vorkommt, z.B. "e" wird durch 17 verschiedene Zeichen verschlüsselt.
Attacken: Statistische Auswertung häufiger Buchstabenkombinationen
Viginere-Chiffre:
Durch ständige Wiederholungen eines vereinbarten Schlüsselworts wird ein Schlüsseltext in Länge des Klartextes erzeugt. Der Chiffretext wird durch buchstabenweise "Addition" des Klartextes und des Schlüsseltextes erzeugt.
Hier verwendet man das Vigenere-Quadrat, um die Addition zu vereinfachen.
Beispiel (Schlüsselwort: geheim):
| Klartext | i | c | h | m | a | g | k | e | k | s | e |
| Schlüsselwort | g | e | h | e | i | m | g | e | h | e | i |
| Chiffretext | o | g | o | q | i | s | q | i | r | w | m |
Zum Verschlüsseln wird sich angeschaut, wo der erste Buchstabe des Klartextes (das "i") in der Zeile "Klartext" mit dem ersten Buchstaben des Schlüssels (das "g") in der Spalte "Schlüssel" trifft. Der Buchstabe ist nun unsere verschlüsselter Buchstabe.
Zum Entschlüsseln wird sich angeschaut, wo der erste Buchstabe des Schlüssels (das "g") in der Spalte "Schlüssel" ist. Nun sucht man in dieser Zeile den ersten Buchstaben des Chiffretext (das "o") und schaut den darüberliegenden Buchstaben in der Zeile "Klartext" an. Das ist der zugehörige Klartext Buchstabe.
One-Time-Pad (Spezialfall der Vigenere-Chiffre):
Das One-Time-Pad hat eine perfekte Sicherheit laut dem Kerckhoff'schen Prinzip. Es ist das einzige theoritisch sicheres Verfahren.
Hier wird ein Zufallsschlüssel erzeugt, der genauso lang ist, wie der Klartext. Auch wird der Schlüssel nur einmal benutzt und muss selbstverständlich geheim bleiben. Somit ist es vor statistischen Angriffe geschützt, da jeder Buchstabe anders verschoben ist.
Der häufigste Anwendungsfall ist bei der Verschlüsselung von Nachrichten in Binär. Hierbei nutzt man die XOR-Operation.
Beispiel:
| Klartext | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | |
| Schlüsselwort | ⊕ | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Chiffretext | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
Zum Entschlüsseln wendet man die XOR-Operation (⊕) auf das Schlüsselwort und den Chiffretext und erhält wieder den Klartext:
| Chiffretext | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | |
| Schlüsselwort | ⊕ | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Klartext | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
Rotor-Chiffre und Enigma
Grundidee:
Rotor 1 dreht sich nach jedem Buchstaben um eine Position. Nach einer vollen Umdrehung von Rotor 1 bewegt sich Rotor 2 um eine Position weiter. So auch bei einer vollen Umdrehung von Rotor , bewegt sich Rotor um eine Position weiter.
Rotor-Chiffren sind polyalphabetische Substitutions-Chiffren: Jeder Buchstabe wird bis zur vollen Umdrehung des letzten Rotors nach anderem Schema verschlüsselt.
Der Schlüssel wiederholt sich erst nach voller Umdrehung des letzten Rotors, also nach z.B. für gibt es mögliche Schlüssel.