Polyalphabetische Ersetzungschiffren bezeichnen in der Kryptographie Formen der Textverschlüsselung, bei der einem Buchstaben/Zeichen jeweils ein anderer Buchstabe/Zeichen zugeordnet wird. Es werden für die Zeichen des Klartextes ein Geheimtextalphabet (Monoalphabetische Substitution) oder mehrere Alphabete verwendet.
Vigenère-Verschlüsselung
Die Vigenère-Verschlüsselung galt über Jahrhunderte als sicherer Chiffrieralgorithmus. Ein Schlüsselwort bestimmt, wieviele Alphabete genutzt werden. Die Alphabete leiten sich aus der Caesar-Substitution (Monoalphabetische Substitution) ab.
Beispiele
Das Schlüsselwort sei AKEY, der Text GEHEIMNIS. Vier Caesar-Substitutionen verschlüsseln den Text. Die erste Substitution ist eine Caesar-Verschlüsselung mit dem Schlüssel A. A ist der erste Buchstabe im Alphabet. Er verschiebt den ersten Buchstaben des zu verschlüsselnden Textes, das G, um 0 Stellen, es bleibt ein G. Der zweite Buchstabe des Schlüssels, das K, ist der 11. Buchstabe im Alphabet, er verschiebt das zweite Zeichen des Textes, das E um 10 Zeichen. Aus E wird ein O (s.a. Tabelle unten). Das dritte Zeichen des Schlüssels (E) verschiebt um 4, Y um 24 Stellen. Die Verschiebung des nächsten Buchstabens des Textes beginnt wieder bei A, dem ersten Buchstaben des Schlüssels:
Text: GEHEIMNIS Schlüssel: AKEYAKEYA Cypertext: GOLCIWRGS
| Ursprung | |||
|---|---|---|---|
| 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 | |||
C l é U t i l i s é e |
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 |
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 ZZ 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 |
L e t t r e C o d é e |
Schlüsselwörter, die kurz sind relativ zum Text, bieten keine Sicherheit. Eine Korrelation des Textes mit sich selbst, jeweils um eine Stelle verschoben, liefert die Länge des Schlüssels. Ist die Schlüssellänge bekannt, reduziert sich die Kryptanalyse des Vigenère-Algorithmus auf einen Caesar-Algorithmus: alle ersten/zweiten/n-ten Buchstaben einer Periode gehören jeweils zum selben Caesar-Alphabet. Eine Häufigkeits-Analyse der Caesar-Verschlüsselung verrät die Buchstabenzuordnung.
Bei einem Einfachtext, der aus einer Folge nur eines Zeichens besteht, zeigt sich die Periode unmittelbar im Cypertext. Ein normaler Text weist ausreichend Redundanzen auf, so dass auch hier die Periode abgeleitet werden kann. Einzig Text aus statistisch gleich verteilten Buchstaben wäre einer Entschlüsselung nicht zugänglich.
Text: EEEEEEEEEEEEE Schlüssel: AKEYAKEYAKEYA Cypertext: EOICEOICEOICE Korrelation 1: EOICEOICEOICE Keine Korrelation mit Cypertext Korrelation 2: EOICEOICEOICE Keine Korrelation mit Cypertext Korrelation 3: EOICEOICEOICE Keine Korrelation mit Cypertext Korrelation 4: EOICEOICEOICE Korrelation mit Cypertext!
Der Spezialfall, dass der Schlüssel genauso lang ist wie der zu verschlüsselnde Text, heißt Vernam-Verschlüsselung oder One-Time-Pad Verschlüsselung.
Rotor-Maschinen
Bei der Vigenère Verschlüsselung bestimmt das Schlüsselwort die Zahl und Auswahl der Chiffrier-Alphabete. Gleiches leisten Walzen oder Räder, auf die die Buchstaben des Alphabets eingraviert sind. Richtig zueinander orientiert, liest man an ihnen unmittelbar den chiffrierten Text ab.
Kommt man überein, bei jedem Buchstaben die Stellung der Walzen zueinander zu verändern, läßt sich die Zahl der zur Verfügung stehenden Alphabete um ein Vielfaches erhöhen: siehe Enigma.
Siehe auch: homophone Verschlüsselung, monoalphabetische Substitution, Kryptologie