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monoalphabetische Substitution

Diese Seite ist die gekürzte Fassung im Schuljahr 2020/2021. Die ursprüngliche Version ist hier zu finden (öffnet in einem extra Fenster).
 

Als monoalphabetische Substitution bezeichnet man ein Verschlüsselungsverfahren, bei der nur ein (festes) Alphabet zur Verschlüsselung, also zur Umwandlung des Klartextes in den Geheimtext, verwendet wird. Ein Beispiel für eine monoalphabetische Verschlüsselung ist das folgende Verfahren: Hierbei werden einzelne Buchstaben des Klartextes mithilfe des Schlüsselalphabets in einzelne Zeichen des Geheimtextes substituiert.

Klartext:

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

Geheimtext:

U

F

L

P

W

D

R

A

S

J

M

C

O

N

Q

Y

B

V

T

E

X

H

Z

K

G

I

Aus dem Klartext "Wikipedia ist informativ" wird nach Verschlüsselung der Geheimtext "ZSMSYWPSU STE SNDQVOUESH". Der Klartext lässt sich durch Entschlüsselung wieder aus dem Geheimtext rekonstruieren, indem man dort die Buchstaben in der zweiten Zeile durch die der ersten Zeile ersetzt. Der Geheimtext, auch als Chiffrat bezeichnet, wird zur leichteren Unterscheidung vom Klartext zumeist mit Großbuchstaben geschrieben.

Weitere Festlegung hier im Unterricht: Zeichen, die nicht in der Tabelle enthalten sind (Leerzeichen, Sonderzeichen, Umlaute), werden einfach gelassen wie sie sind.

Aufgaben

1. Verschlüsseln Sie mit der oben angegebenen Tabelle das Wort "informatik".
2. Das verschlüsselte Wort "RGONUTSXO" wurde mit dieser Tabelle erstellt. Wie heißt dieses Wort im Klartext?
3. Beschreiben Sie das Vorgehen der monoalphabetischen Substitution in Worten (Tabelle ist schon vorhanden).

Spezialfall: Cäsar-Chiffre

Bei der Cäsar-Verschlüsselung entsteht das Schlüsselaphabet, indem man das Alphabet für den Klartext um eine bestimmte Anzahl von Buchstaben verschiebt. Julius Cäsar verwendete die Verschiebung um 3 Buchstaben. Wenn man hier in diesem Beispiel das Klartextalphabet um 3 Buchstaben nach rechts verschiebt, dann wird das 'a' dem 'D' zugeordnet, das 'b' dem 'E' usw. (Klartext wird hier wieder klein geschrieben, Geheimtext mit Großbuchstaben.) Dann bleiben die letzten 3 Buchstaben übrig. Dafür verwenden wir die Buchstaben A, B und C, denn diese sind ja durch das Verschieben übrig. Es entsteht die folgende Zuordnung:

Klartext:

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

Geheimtext:

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

A

B

C

Aufgaben

4. Verschlüsseln Sie mit der angegebenen Tabelle für die Cäsar-Verschlüsselung "erasmus reinhold".
5. Mit dieser Codierung wurde das verschlüsselte Wort "VFKXOH" erstellt. Wie heißt dieses Wort im Klartext?
6. Überprüfen Sie ihr Ergebnis von den letzten beiden Aufgaben mit dem Weblink 5. (Erstellen Sie zum Nachweis jeweils einen Screenshot).

Spezialfall: rot13

Das Verfahren "rot13" bedeutet, es werden die Buchstaben um 13 Stellen nach rechts rotiert = verschoben. Man kann also rot13 auch als eine spezielle Cäsar-Verschlüsselung, nämlich Verschiebung um 13 Stellen, auffassen. Diese Verschlüsselung wird in der Computertechnik eingesetzt, z.B. wenn man in Konfigurationsdateien Passwörter oder Einstellungen z.B. vor dem Blick von Servicemitarbeitern verbergen will.

Aufgaben

7. Erstellen Sie eine Zuordnungstabelle für rot13.
8. Verschlüsseln Sie damit das Wort "tafeln".
9. Überprüfen Sie ihr Ergebnis mit dem Weblink 7. (Erstellen Sie zum Nachweis einen Screenshot).

Weblinks

1. Wikipedia: Verschlüsselungsverfahren
2. Wikipedia: Symmetrisches Kryptosystem
3. Wikipedia: Monoalphabetische Substitution
4. Wikipedia: Caesar-Verschlüsselung
5. Caesar: Verschlüsselung und Entschlüsselung
6. Wikipedia: ROT13
7. ROT13 @ http://www.rot13.de

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