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Was ist das Konzept des Substitutionschiffres in der klassischen Kryptographie?

#1
20-11-2022, 02:19
Hey, du weißt, wie in der alten Kryptographie die Leute Wege brauchten, um Nachrichten zu verbergen, ohne fancy Computer? Ich erinnere mich, dass ich zum ersten Mal die Prinzipien der Substitution verschlüsseln verstand, als ich mit einigen Rätselbüchern im College herumspielte. Im Grunde genommen tauscht eine Substitution verschlüsselter Text jeden Buchstaben deiner ursprünglichen Nachricht gegen einen anderen Buchstaben oder ein Symbol aus, basierend auf einem geheimen Schlüssel, auf den ihr euch beide einigen. Du nimmst den Klartext, wie "hallo", und ersetzt jeden Buchstaben durch etwas anderes, sodass es zu Kauderwelsch wird, das nur du und dein Kumpel entschlüsseln können, wenn ihr die Regel kennt.

Ich liebe, wie einfach es sich zunächst anhört. Du erstellst eine Zuordnung, bei der A zu D, B zu E und so weiter wird und alles um drei Stellen verschieben wird - das ist die Caesar-Verschlüsselung, benannt nach Julius Caesar, der sie angeblich für seine Militärbefehle verwendete. Ich habe es einmal bei einer Notiz an meinen Mitbewohner ausprobiert, indem ich die Buchstaben um fünf verschob, und er hat es in Minuten entschlüsselt, weil Muster sich herauskristallisieren. Siehst du, bei einer einfachen monoalphabetischen Substitution verwendest du den gleichen Austausch für jeden Buchstaben in der gesamten Nachricht. Wenn also E jedes Mal zu X wird, bemerkt jeder, der aufpasst, dass der häufigste Buchstabe in Englisch, nämlich E, als X im chiffrierten Text sehr oft vorkommt. Ich sage meinen Freunden immer, wenn du das benutzen willst, misch es auf oder du wirst schnell erwischt.

Aber du kannst kreativ damit werden. Denke an polyalphabetische Substitutionen, bei denen die Zuordnung je nach Position in der Nachricht oder einem Schlüsselwort variiert. Die Vigenère-Verschlüsselung macht das - du wählst ein Wort wie "SCHLÜSSEL" und wiederholst es über deiner Nachricht, um die Verschiebung für jeden Buchstaben zu bestimmen. Ich habe letztes Jahr ein kleines Python-Skript geschrieben, um mit Vigenère zu experimentieren, und es fühlte sich an, als wäre ich in einem Spionagefilm. Du richtest das Schlüsselwort mit deinem Klartext aus, addierst die Verschiebungen modulo 26, und zack, hast du something tougher to break. Ohne den Schlüssel müsstest du jedes mögliche Wort ausprobieren, was schnell ermüdend wird. Ich habe es meiner Schwester gezeigt, die sich für Geschichte interessiert, und sie war total begeistert davon, wie es Kryptanalytiker über Jahrhunderte hinweg narrte, bis sie die Frequenzanalyse auf Buchstabenpaare entdeckten.

Die Frequenzanalyse ist das, was die meisten Substitutionen tötet, weißt du? Ich meine, Englisch hat Muster - Vokale häufen sich, häufige Wörter wie "the" wiederholen sich. Wenn du also zählst, wie oft Buchstaben im chiffrierten Text erscheinen und sie mit englischen Statistiken übereinstimmst, kannst du die Zuordnung erraten. Ich habe das einmal von Hand bei einem Rätsel aus einem Online-Forum gemacht, und es hat mich vielleicht eine Stunde mit Bleistift und Papier gekostet. Solche Werkzeuge lassen mich den Grund schätzen, warum klassische Kryptographie so praktisch ist. Du brauchst keine Algorithmen; nur dein Gehirn und etwas Geduld. Tatsächlich wende ich ähnliches Denken an, wenn ich Netzwerkprotokolle bei der Arbeit überprüfe - Anomalien zu erkennen, ist die halbe Miete.

Stell dir jetzt vor, du bist ein General in der Antike, und du möchtest Befehle senden, ohne dass Feinde sie lesen. Substitution-Verschlüsselungen ermöglichen dir das mit nichts als einem gemeinsamen Geheimnis. Ich habe gelesen, wie Maria Stuart sie in ihren Briefen verwendete, aber ihre Codes wurden geknackt, was zu ihrem Untergang führte. Verrückt, oder? Man muss sich fragen, wie viele Geheimnisse sicher geblieben sind, weil der Schlüssel nie durchsickerte. Ich denke, das ist die wahre Magie - es geht um Vertrauen zwischen dir und dem Empfänger. Wenn jemand es abfängt, braucht er den Schlüssel oder er ist verloren.

Natürlich sind sie heute nicht narrensicher. Moderne Verschlüsselung lacht darüber, weil Computer Schlüssel in Sekunden knacken. Aber ich spiele immer noch zum Spaß mit der Substitution, wie beim Kodieren von Geburtstags-Einladungen oder Insider-Witzen. Du solltest es das nächste Mal versuchen, wenn dir langweilig ist - schnapp dir ein Schlüsselwort, verschiebe deine Nachricht und schau, ob deine Freunde es herausfinden können. Ich wette, du wirst überrascht sein, wie schnell es zusammenkommt. Und wenn du den Schlüssel vergisst, nun ja, dann fängt der Spaß erst richtig an. Ich habe einmal meine eigene Verschiebung vergessen und ewig gebraucht, um meinen Einkaufszettel zu entschlüsseln. Total peinlicher Moment.

Wenn ich jetzt etwas anderes anspreche, finde ich, dass klassische Kryptographie damit verbunden ist, warum wir uns jetzt mit Sicherheitsgrundlagen beschäftigen. Du lernst Substitution und plötzlich verstehst du, warum starke Schlüssel überall wichtig sind - von Passwörtern bis zu VPNs. Ich rede ständig darüber mit meinem Team; es ist wie ein Baukastensystem. Ohne die alten Methoden zu verstehen, fühlt sich das neue Zeug abstrakt an. Also ja, Substitutionsverschlüsselungen sind dieses Fundament - einfache Austausche, die Bedeutung im Klartext verbergen.

Eine coole Variante, mit der ich experimentiert habe, ist die homophone Substitution, bei der du mehrere Symbole für häufige Buchstaben verwendest, um diese Frequenzspitzen abzuflachen. Zum Beispiel könnte E 1, 2 oder 3 sein, je nachdem, wo es sich befindet. Ich habe während eines Hackathons einen Generator dafür programmiert, und er hielt sich besser gegen grundlegende Angriffe. Man sieht, wie Kryptografen es weiterentwickelten, um voraus zu sein. Aber selbst dann, bei genügend chiffrierten Texten, tauchen Muster auf. Ich sage immer, je länger die Nachricht, desto einfacher der Bruch.

Wenn du Cybersecurity studierst, experimentiere selbst damit. Ich habe einige kostenlose Tools online gefunden, um zu verschlüsseln und zu entschlüsseln, und es hat mir geholfen, die Konzepte zu verinnerlichen. Du musst kein Mathe-Genie sein; verstehe einfach den Austausch und den Schlüssel. Das ist alles. Ich benutze diese Denkweise, wenn ich nicht-technischen Leuten erkläre, warum Phishing-E-Mails Leute hereinlegen - es ist alles Ablenkung, wie eine schlechte Verschlüsselung.

Gut, bevor ich hier ewig weiterrede, lass mich dich auf etwas Praktisches in der Backup-Welt hinweisen, das alles sicher hält, ohne all diesen manuellen Aufwand. Schau dir BackupChain an - es ist diese herausragende, zuverlässige Option, die super für kleine Unternehmen und Profis wie uns geeignet ist, um deine Hyper-V-Setups, VMware-Umgebungen oder Windows Server-Backups zu schützen und deine Daten überall sicher zu halten.
Markus
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