Webprojekt: Sichere Datenübertragung

von Kareen Henkel, Susanne Helbig und Jan Kriener


3.2.1 Vigenère-Verschlüsselung

Dieses System, welches zum Substitutionsverfahren zählt, wurde im 16. Jahrhundert von Blaise de Vigenère entwickelt. Als Grundlage dienten ihm die Schriften des Alberti, Trithemius und Porta, welche sich schon vor ihm mit der polyalphabetischen Verschlüsselung befasst hatten.
Sein System besteht aus 26 Geheimtextalphabeten, welche man zu einem sogenannten Vigenère-Quadrat zusammenfassen kann. In diesem Quadrat werden alle Alphabete untereinander aufgeführt, wobei das erste zum Klartextalphabet um genau eine Stelle nach links verschoben ist. Also eine Caesar-Verschiebung von 1. Die folgenden 25 Geheimtextalphabete sind ebenfalls immer um eine Stelle nach links zum vorherigen versetzt. Somit entsprechen die Buchstaben des letzten genau den Klarbuchstaben (eine Caesar-Verschiebung von 26).
Die jeweiligen Alphabete werden nach ihrem ersten Buchstaben benannt. So ist das erste die "B-Zeile", das zweite die "C-Zeile" usw.

Klarabcdefghijklmnopqrstuvwxyz
1BCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZA
2CDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZAB
3DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC
4EFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCD
5FGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDE
6GHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEF
7HIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFG
8IJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGH
9JKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHI
10KLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJ
11LMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJK
12MNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKL
13NOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLM
14OPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMN
15PQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNO
16QRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOP
17RSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQ
18STUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQR
19TUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRS
20UVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRST
21VWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTU
22WXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUV
23XYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW
24YZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWX
25ZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXY
26ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

Ein Vigenère-Quadrat

Um nun eine Nachricht zu verschlüsseln, muss als erstes ein Schlüssel zwischen dem Sender und dem Empfänger vereinbart werden. Dieser kann aus einem Wort, einem Satz oder einem ganzen Text bestehen. Danach wird er entsprechend der Länge der zu verschlüsselten Nachricht mehrmals hintereinander geschrieben. Nun folgt der geheime Text, den man unter der Anreihung des Schlüssels notiert.

Dazu folgendes Beispiel

PIERRE (Schlüssel)

PIERREPIERREPI (Anreihung des Schlüssels)
fliehnachparis (Klartext)

Nun kann die eigentliche Verschlüsselung beginnen. Um im Beispiel den 1. Klarbuchstaben zu chiffrieren, sucht man im Vigenère-Quadrat die "P-Zeile" auf, da sich über dem "f" der Schlüsselbuchstabe "P" befindet. Diese "P-Zeile" fungiert nun als das Geheimtextalphabet, welches zur Verschlüsselung von "f" verwendet wird. Da über dem Vigenère-Quadrat ein Klartextalphabet steht, fällt es nicht schwer, aus diesem das "f" herauszusuchen und dann senkrecht nach unten bis in die "P-Zeile" zu fahren. Dabei erhält man den Geheimbuchstaben "U". Also wird der erste Klarbuchstabe (f) im Geheimtext durch ein "U" ersetzt.
Nachdem nun das "f" chiffriert wurde, ist jetzt das "l" an der Reihe. Wieder ermittelt man zuerst den entsprechenden Schlüsselbuchstaben, der Auskunft über die zu verwendende Zeile im Vigenère-Quadrat gibt. Diesmal ist es das "I". Also entspricht jetzt die "I-Zeile" dem Geheimtextalphabet, mit dem das "l" verschlüsselt wird. Verfolgt man wieder die Spalte, in der der Klarbuchstabe steht nach unten bis in die "I-Zeile", so ergibt sich als Chiffre das "T".

Dieses Verfahren wiederholt sich dann bei den folgenden Buchstaben und man erhält schließlich folgenden Geheimtext

PIERREPIERREPI (Anreihung des Schlüssels)
fliehnachparis (Klartext)

UTMVYRPKLGRVXA (Geheimtext)

An diesem Beispiel kann man deutlich das Hauptmerkmal der polyalphabetischen Verschlüsselung erkennen. Derselbe Klarbuchstabe wird im Geheimtext nicht immer vom gleichen Symbol dargestellt, so wie es bei einer monoalphabetischen Verschlüsselung der Fall wäre. Betrachtet man etwa den Klarbuchstaben "h", der im ersten wie auch im zweiten Wort auftaucht. Beim ersten Mal ist die chiffrierte Form ein "Y", beim zweiten Auftreten jedoch findet man im Geheimtext ein "L" als Synonym. Das verdeutlicht die enorme Sicherheit des Vigenèreschen Systems. Falls ein geschickter Kryptoanalytiker zu einem Geheimbuchstaben das entsprechende Synonym im Klartext herausgefunden hat, kann er dennoch keine Wiederholung dieses Klarbuchstabens aufdecken. Diese hätte dann ein anderes Symbol im verschlüsselten Text.
Somit ist es so gut wie unmöglich, ohne Schlüssel und ohne das Wissen, dass das Vigenère-Quadrat verwendet wurde, eine solche Verschlüsselung aufzulösen.
Und dennoch: Trotz der Komplexität und extrem hohen Sicherheit gelang es Mitte des 19. Jahrhunderts einem Briten namens Charles Babbage, dieses System zu knacken.

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