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Hallo…

… und herzlich willkommen!

Leider mussten alle Girls’ Day Veranstaltungen an der Universität Stuttgart wegen der Corona-Pandemie abgesagt werden.

Damit du dich zuhause nicht allzusehr langweilst, findest du hier ein paar Informationen, Links, Materialien und Knobelaufgaben.

An einigen Stellen findest Du geheime Nachrichten zum Entschlüsseln. Jeder dieser Nachrichten enthält ein Codewort. Wenn Du alle drei Codewörter geknackt hast und wissen möchtest, ob du richtig liegst, schick uns einfach eine E-Mail an girlsday@cert.uni-stuttgart.de.

Eine kleine Einführung in die Geschichte der Kryptologie

gibt es hier als Video.

Steganographie

Wenn Nachrichten nicht verschlüsselt, sondern versteckt werden, spricht man von Steganographie. Einige Beispiele findest du hier. Fallen dir noch weitere ein?

Substitution

Verschlüsselung durch Substitution

Das Wort Substitution kommt aus dem Lateinischen und bedeutet so viel wie “Ersetzen”. Bei einer Verschlüsselung durch Substitution ersetzt man also jeden Buchstaben aus der eigentlichen Nachricht - dem Klartext - durch einen neuen Buchstaben oder ein Symbol und erhält so eine verschlüsselte Nachricht - den Geheimtext.

Cäsar-Chiffre

Bei der Cäsar-Chiffre verschiebt man die Buchstaben des Alphabets “im Kreis”.

Caesar-Chiffre

Wenn du die Cäsar-Chiffre selbst einmal ausprobieren möchtest, bastelst du am besten eine Dekodierscheibe. Dazu die erste Seite ausdrucken, die beiden Kreise ausschneiden (in Kreisform, nicht an der gestrichelten Linie), in der Mitte bei den beiden schwarzen Punkten jeweils ein Loch machen und mit einer Musterbeutelklammer verbinden. (Wenn deine Eltern keine Musterbeutelklammer für dich haben, kannst du auch einfach die kleine auf die große Scheibe legen - du musst dann gut aufpassen, dass die kleine Scheibe auf der großen Scheibe beim Ver- und Entschlüsseln nicht verrutscht).

Um eine Nachricht zu verschlüsseln, legst du zuerst den Schlüssel fest. Dazu entscheidest du, mit welchen Buchstaben der Buchstabe A verschlüsselt werden soll. Soll A zum Beispiel als H verschlüsselt werden, drehst du die innere Scheibe so, dass das rote H direkt unter dem blauen A steht. Jetzt kannst du für jeden Buchstaben aus dem Klartext (blau) den passenden Buchstaben aus dem Geheimtext (rot) ablesen.

Anstatt zu sagen “A wird mit H verschlüsselt”, können wir auch sagen “Der Schlüssel ist 7”, weil jeder Buchstabe um 7 Buchstaben im Alphabet nach hinten verschoben wird.

Fragen und Aufgaben zur Cäsar-Chiffre:

Monoalphabetische Substitution

Da die Cäsar-Chiffre sehr leicht zu knacken ist, hat man sich bald nach besseren Verschlüsselungsverfahren umgesehen. Eine naheliegende Idee ist, jedem Klartext-Buchstaben einfach ein neues Zeichen zuzuordnen. Das kann ein Symbol, aber auch direkt ein anderer Buchstabe sein. Wir können zum Beispiel die folgende Zuordnung festlegen:

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

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

Jede solche Zuordnung ist ein möglicher Schlüssel. Diese Art von Verschlüsselung nennt man auch "monoalphabetische Substitution", weil beim Verschlüsseln nur ein Schlüsselalphabet verwendet wird (mono bedeutet eins).

Für die monoalphabetische Substitution gibt es sehr viele verschiedene mögliche Schlüssel: Zuerst wählt man aus, mit welchem Buchstaben A verschlüsselt werden soll. Dafür hat man insgesamt 26 Buchstaben zur Auswahl. Anschließend wählt man aus, mit welchem Buchstaben B verschlüsselt werden soll. Dafür hat man noch 25 Buchstaben zur Verfügung. Danach wählt man aus, womit C verschlüsselt werden soll. Dafür hat man 24 Buchstaben zur Verfügung... und so weiter. Für Z bleibt am Ende genau ein Buchstabe übrig - hier hat man also keine Wahl mehr. Insgesamt kommt man so auf 26*25*24*...*3*2*1 verschiedene Möglichkeiten, die Buchstaben im Alphabet durcheinanderzuwürfeln. Multipliziert man alle Zahlen von 1 bis 26, erhält man als Ergebnis ungefähr 403 Quadrillionen (eine Quadrillion ist eine 1 mit 24 Nullen) - das ist ziemlich viel.

Obwohl es so viele verschiedene mögliche Schlüssel gibt, lässt sich eine monoalphabetische Substitution relativ einfach knacken. Man nutzt dabei aus, dass in jeder Sprache manche Buchstaben sehr viel häufiger vorkommen als andere. Im Deutschen ist zum Beispiel das E der Buchstabe, der am häufigsten vorkommt. Wenn wir also wissen, dass ein Geheimtext die monoalphabetische Verschlüsselung eines deutschen Klartextes ist, ist der am häufigsten vorkommende Geheimtextbuchstabe im Klartext wahrscheinlich ein E gewesen. Man kann also die monoalphabetische Substitution einfach durch Buchstabenzählen knacken, wenn man die Sprache des Klartextes kennt und der Geheimtext nicht zu kurz ist. Dieses Verfahren nennt man auch Häufigkeitsanalyse.

Buchstabenhäufigkeit

Fragen und Aufgaben zur monoalphabetischen Substitution

Fleissnersche Schablone

Skytale

Verschlüsselung durch Transposition

Anstatt die Buchstaben des Klartextes durch andere Buchstaben oder Zeichen zu ersetzen, um den Geheimtext zu erhalten, kann man die Buchstaben des Klartextes auch einfach anders anordnen, um daraus einen Geheimtext zu machen. Schau dir doch mal die folgenden Beispiele für Verschlüsselung durch Transposition an:

Zum Weiterlesen

Wenn dir das Thema Kryptographie Spaß macht und du mehr darüber lernen möchtest, hier noch ein paar Tipps:

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