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Geocaching Mysteries lösen - Kapitel 6 - Verschlüsselungen - Teil 1: Monoalphabetische Substitution

Geschrieben von Nina • Sonntag, 3. März 2013 • Kategorie: Mysteries lösen
Geocaching Mysteries lösen

6.1.1Verschlüsselungen - Teil 1: Monoalphabetische Substitution

Monoalphabetische Substitution meint eine Verschlüsselung, bei der jeder Buchstabe oder jede Buchstabengruppe durch genau einen Buchstaben, eine Buchstabengruppe oder ein Zeichen ersetzt wird. Es gibt also genau ein Schlüsselalphabet.

Der Vorteil hier liegt in der Einfachheit des Ver- und Entschlüsselns. Der Nachteil in der Möglichkeit der Häufigkeitsanalyse und des "logischen" Entschlüsselns. Je länger der verschlüsselte Text ist, um so einfacher ist es zu raten, welcher häufig vorkommende Buchstabe des Geheimtextes wohl dem zum Beispiel im Deutschen am meisten verwendeten E entspricht. Tabellen zur Buchstabenhäufigkeit und Tools im Internet (Crypt-Online oder kas-bc.de oder zum Herunterladen der Code-Brecher ) machen dies sehr einfach. Und je simpler ein Text aufgebaut ist, je wahrscheinlicher bestimmte Wörter (Nord, Ost, Cache, ausgeschriebene Zahlen, Punkt, Grad), Phrasen oder Wortteile vorkommen, um so einfacher lassen sich monoalphabetische Chiffres auch von Laien mit einem Zettel, einem Stift und etwas Zeit entschlüsseln.

Ceasar-Chiffre

Der erste, bis heute bekannte Nutzer einer monoalphabetischen "Geheimschrift" war Julius Caesar, der einfach das Alphabet um drei Stellen verschoben hat. Die 3 entspricht dem Buchstabenwert von dem C aus Ceasar. Aus dem A wurde so also ein C, aus dem B ein D, aus dem C ein E. Aus dem Wort Kryptologie wird somit das Kaudawelsch: Nubswrorjlh.

Rot13, Rot5, RotX

Natürlich kann man auch jede andere der 25 möglichen Alphabetverschiebungen nehmen. Diese werden meist ROT für Rotation abgekürzt. Weiterhin lassen sich auch Zahlen und Sonderzeichen hinzunehmen, wobei dann besser irgendwie definiert sein sollte, welche Reihenfolge dem Klartextalphabet zugrunde liegt. ROT5 nur mit Ziffern ist mir beim Cachen aber schon häufiger begegnet. Aus 1 wird somit 6 oder, auf der 10er-Achse gespiegelt, aus 1 wird 9, aus 2 wird 8, aus 3 wird 7,...

Es gibt immens viele Webseiten, die einem das manuelle Entschlüsseln dieser Rotationschiffres abnehmen. Sogar welche, auf denen alle 25 Alphabet-Möglichkeiten mit einem Klick dargestellt werden. Sehr hilfreich, wenn man nicht weiß, um wie viele Buchstaben das Alphabet denn nun verschoben worden ist.

Ein solcher Verschiebechiffre als monoalphabetischen Substitutionschiffres ist gleich doppelt schön für denjenigen, der es entschlüsseln möchte, da man, wenn man erstmal zwei Buchstaben sicher entschlüsselt hat, die anderen 24 gleich mitgeliefert bekommt. Nichts desto trotz galt er noch Jahrhunderte nach Ceasar als hinlänglich sicher und wird bis heute gern benutzt. Allerdings weitestgehend nur noch um Geschriebenes nicht auf den ersten Blick lesbar zu machen. Im Falle von Geocaching-Hints mit dem beliebten ROT13 ein lobenswerter "Entspoiler".

Möchte man die Entschlüsselung von monoalphabetischen Substitutionen wenigstens ein bisschen erschweren, tut man gut daran, die verräterischen Leerzeichen und Satzzeichen, aus denen sich typische Wort- oder Satzanfänge oder Endungen erraten lassen, möglichst zu entfernen und vielleicht, um einen schwierigeren Verschlüsselungsansatz vorzutäuschen, den verschlüsselten Buchstabensalat noch in hübsche 5-er-Buchstabengruppen aufteilen. Gegen Häufigkeitsanalysen hilft das zwar auch nicht, aber zumindest verwirrt es kurzzeitig den Entschlüsselnden ;).

Atbasch

Fast so einfach wie ein Verschiebechiffre ist Atbasch , wobei hier das Alphabet symmetrisch "gespiegelt" wird. Aus A wird Z, aus B wird Y, aus C wird X, usw. Atbasch stammt aus dem hebräischen, daher auch ihr Name, der aus den ersten beiden (Aleph und Beth) und den beiden letzten Buchstaben (Taw und Schin) des hebräischen Alphabets besteht.

Verwürfelte Alphabete mit Schlüsselwörtern

Natürlich kann man auch jede andere Alphabetsverwürfelung benutzen, welche dann immerhin den Vorteil hat, nicht durch reines Verschieben entschlüsselt zu werden, sondern etwas mehr Kopf- und Hand bzw. Rechenarbeit bedeutet. Da eine Entschlüsselung derartig verwürfelter Alphabete immer bedeutet, dass der Empfänger einer solchen Nachricht Kenntnis über das Verschlüsselungsalphabet haben muss, dieses aber natürlich nicht mitgeliefert werden darf (höchstens auf einem anderen Wege), liegt es nahe, zum Erzeugen des Geheimalphabets Schlüsselwörter zu benutzen. Das funktioniert auch bei einfachen, monoalphabetischen Substitutionen. Legt man sich zum Beispiel auf das Schlüsselwort SCHMIERBLOG fest, entfernt nun alle doppelt vorhandenen Buchstaben (praktischerweise sind in SCHMIERBLOG derer nicht vorhanden) und stellt sie nun dem zu erzeugenden Geheimalphabet vorne an. Buchstaben, die im normalen Alphabet abzüglich der schon mit SCHMIERBLOG verwendeten nun noch übrig sind, werden hinten angehängt.

Und so wird aus dem normalen Alphabet:
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

Das Geheimalphabet "Schmierblog"
SCHMIERBLOGADFJKNPQTUVWXYZ

Mit diesem Geheimalphabet wird nun aus der NINA eine verschlüsselte FLFS.

Je länger das Schlüsselwort ist, um so besser, da weniger Buchstaben mit sich selbst "verschlüsselt" werden müssen. im Beispiel Schmierblog bleiben alle Buchstaben ab dem T sie selbst. Es ist daher keineswegs unüblich, den hinteren Teil des Schlüsselalphabets noch einmal umzudrehen, also nach dem Schlüsselwort (SCHMIERBLOG) mit dem Z das Alphabet aufzufüllen.

Statt
SCHMIERBLOGADFJKNPQTUVWXYZ

erhält man:
SCHMIERBLOGZYXWVUTQPNKJFDA

Die multiplikative Substitution

Auch eine Variante der monoalphabetischen Substitution, bei der das Alphabet durchgewürfelt statt nur verschoben wird, ist die multiplikative Substitution. Hierbei wird jedem Buchstaben des Klartextalphabetes gemäß seiner Position im Alphabet die entsprechende natürliche Zahl zugeordnet (A=0, B=1,...). Multipliziert man den Wert eines jeden Klartextbuchstaben mit einer frei wählbaren Zahl und ersetzt diese Zahl nun wieder mit dem Buchstaben des Alphabets (A=0, B=1,...), entsteht ein neues Geheimtextalphabet.

Nehme ich die 7 als Multiplikator, erhalte ich folgendes Geheimalphabet:

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
AHOVCJQXELSZGNUBIPWDKRYFMT

Wobei das A aus A=0, 0 mit 7 multipliziert = immer noch 0, also das A ein A bleibt (bei der Zählweise A=0 wird dies immer der Fall sein).
Das B mit dem Wert 1 multipliziert mit 7 ergibt die 7, welches dem Buchstabenwert von H entspricht.
Das F mit dem Wert 5 multipliziert mit 7 ergibt 35. Bisschen zu viel für das 26-Zeichen-Alphabet, daher rechnet man 35 modulo 26. Es ergibt sich ein Rest von 9, was wiederum dem J entspricht.

Playfair

Ebenfalls mit einem Schlüsselwort arbeitet die Playfair-Verschlüsselung. Keine reine monoalphabetische Substitution, sondern eine "bigraphische, monoalphabetische". Soll heißen, hierbei wird jedes Buchstabenpaar des zu verschlüsselnden Textes durch ein anderes Buchstabenpaar ersetzt. Dafür wird das Alphabet in ein 5*5er Raster gelegt (I=J, sonst passt es nicht), das Schlüsselwort (um doppelte Buchstaben bereinigt) vorn angestellt und mit dem Rest des Alphabets aufgefüllt. Zum Verschlüsseln werden die Buchstaben nun in diesem Quadrat nach zwei Regeln vertauscht:
1. liegen die zu verschlüsselnden Buchstabenpaare in einer Zeile oder einer Spalte, wird der jeweils nächste (untere oder rechte) Buchstabe benutzt
2. liegen die zu verschlüsselnden Buchstabenpaare in unterschiedlichen Zeilen oder Spalten, nimmt man den Buchstaben in der selben Zeile aber der Spalte des jeweils anderen Klartextbuchstabens.

Begegnet euch also mal ein Code wie dieser:
UE QP XY XK KE EN BC RV HL

Probiert mal euer Glück mit diesem Quadrat



Oder auf einer Seite wie Crypt-Tool:
Das verwendete Schlüsselwort lautet: Kryptographie.

Aber auch die Playfair-Verschlüsselung, immerhin schon eine schwieriger als eine einfache, monoalphabetische Methode, ist noch relativ leicht zu knacken; sind doch die selben Buchstabenpaare immer durch die selben Chiffrebuchstaben verschlüsselt.

Albertis Chiffrierscheibe

Das sich monoalphabetisch Verschlüsseltes leicht entschlüsseln lässt, wusste man schon vor etwa 400 Jahren und so hat der Herr Alberti den vernünftigen Einfall gehabt, man könne statt eines einzigen Schlüsselalphabets mehrere benutzen und zwischen diesen nach einer bestimmten Anzahl von Buchstaben oder Wörtern wechseln. Das macht eine Häufigkeitsanalyse nicht unmöglich aber, da man erstmal den Schlüssel für den Alphabetswechsel benötigt, doch zumindest schwieriger. Und damit man diesen Alphabetswechsel schnell vollziehen kann, gab es eine praktische Chiffrierscheibe von ihm. Wie recht der Herr Alberti mit dem Alphabetswechsel hatte, sieht man daran, dass auch die "Königin" unter den Verschlüsselungsmaschinen, die Enigma, genau nach diesem Prinzip arbeitet. Sie wechselt allerdings sogar nach jedem Buchstaben das Schlüsselalphabet.


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2 Kommentare

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  1. hi, liebe nina!

    mit begeisterung stöbere ich immer wieder gerne in deinem geocaching/mystery-blog!

    ich schreibe ausnahmsweise mal nicht, weil ich bei einem mystery nicht weiterkomme (derer gibt´s mehr als genug, das würde den rahmens prengen :-)), sondern weil ich selbst einen mystery am basteln bin und dabei aus verschiedenen chiffren einen eigenen code erdacht habe.

    und da du ja eine expertise im bereich mysterys und codes bist, wollte ich dich fragen, ob du lust hättest, als beta-testerin für meinen code dich zur verfügung zu stellen :-) bzw einfach mal zu schauen, ob du auf einen lösungsansatz kommst, und ob das rätsel zu knacken ist :-)

    soviel sei schonmal verraten: in dem geplanten mystery sollen alle hinweise im text enthalten sein (es geht um doofe ausserirdische, die die erde erobern wollen und einen agenten vorgeschickt haben, der sich versteckt hat und das "buch des logs" bei sich trägt, wo der geneigte geocacher sich nach errätseln der koordinaten eintragen kann, um bei der invasion verschont zu werden und einen logenplatz zu bekommen, inklusive gratis popcorn :-))

    als hinweise will ich im rätsel neben den chiffrierten koordinaten z.b. die hinweise auf die dechiffriermatrix geben ("5x5"), sowie die hinweise "i=j" und zudem darauf hinweisen, dass ein passwort vonnöten ist, um das rätel zu knacken. weitere hinweise wären in überlegung, je nachdem, ob man auch so schon auf einen lösungsansatz kommt oder nicht :-)
    das ganze wird zudem noch vermischt mit einem logical. da hab ich mich also echt mal was vorgenommen, puh... =)
    das rätsel wird wohl den titel "aliendorf" tragen (da ich in "allendorf" wohne, und sich hier oft schon leute einen jux gemacht haben und beim ortsschild aus dem "l" ein "i" gemacht haben ;-)

    nun aber hier der code der chiffrierten koordinaten:

    L P L E A O A Z A I K V L P A Y Y Y Z O I S W S A K I S P K

    A H Q D E I K E A P L A F A A A K I S K I M W R K Y Y Y

    in diesem sinne, ich freue mich auf dein feedback!

    sonnige liebe grüße!

    rossi =)
  2. Hallo Nina...

    bin beim Studiums deines Blogs auf eine Kleinigkeit gestoßen, die mich stuzig gemacht hat.
    Dein angegebenes Playfair-Quadrat passt nicht. Der Buchstabe H des Schlüsselwortes ist nicht berücksichtigt worden...

    Ein zweites Fragezeichen war dann beim Testen dieser Methode: ergibt dein angegebenes Beispiel einen? Ich hab erst an mir selbst gezweifelt, aber auch cryptool-online spuckt kein sinnvolles wort aus.

    Danke für diese tolle Sammlung an Informationen.
    Nicolas

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