Kryptologie: Hilfsmittel für die polyalphabetische Substitution

Zur Unterstützung der polyalphabetischen Verschlüsselung im »vormaschinellen« Zeitalter gibt es drei einfache Hilfsmittel:

Noch einfacher ist eine Version, für die gar kein Hilfsmittel gebraucht wird - außer vielleicht den Fingern zum Abzählen: die GRONSFELD-Chiffre, benannt nach dem Grafen GRONSFELD, der diese angeblich im 17. Jahrhundert auf einer Reise von Mainz nach Frankfurt dem Schriftsteller Gaspar Schott erklärt hat. Hier besteht der Schlüssel nur aus Dezimalziffern, und jeder Buchstabe wird um so viel weiter gezählt, wie die entsprechende Ziffer angibt. Beispiel mit dem Schlüssel 3857:

Dies ist übrigens auch die Chiffre, die in der »Jangada« von Jules Verne verwendet wird.

Alphabet-Tafeln

Wie die BELASO-Chiffre mit Hilfe der TRITHEMIUS-Tafel (»VIGENÈRE«) funktioniert, wurde bereits beschrieben.

Für eine (allgemeine) Drehscheiben-Chiffre sieht die entsprechende Tafel allgemeiner so aus (Beispiel):

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

Hier ist es natürlich nützlich, das Standard-Alphabet extra oben über das Primäralphabet zu schreiben. Die Verwendung einer solchen Tafel (mit anderem Primäralphabet) wurde bereits vorgeführt, wobei nur der relevante Teil der Tabelle wiedergegeben wurde. Es handelt sich aber tatsächlich um eine Drehscheiben-Chiffrierung.

Achtung: In der Literatur wird unter »PORTA-Chiffre« meist nur eine spezielle polyalphabetische Chiffre mit einigen festen Alphabeten verstanden, die aber auf andere Weise erzeugt werden.

Aufgabe: Wie sieht eine Tafel für die Dechiffrierung aus, wenn man in die »Kopfzeile« das Primäralphabet schreibt?

Chiffrierscheiben

Da das Erstellen einer Alphabet-Tafel, besonders bei handschriftlicher Ausführung, etwas mühsam ist, griff PORTA die schon von ALBERTI (mit etwas anderem Hintergrund und weniger systematisch) eingeführte Idee der Drehscheibe wieder auf - für die allgemeine Drehscheiben-Chiffre, d. h., die Verwendung eines Primäralphabets mit verschobenen Begleitalphabeten. Eine solche Drehscheibe trägt (z. B.) auf einem äußeren Ring das Standardalphabet, auf einem inneren das (permutierte) Primäralphabet. Die verschobenen Begleitalphabete werden einfach durch Drehen des inneren Rings hergestellt: Der aktuelle Schlüsselbuchstabe wird auf das Klartext-»a« eingestellt (bzw. allgemein auf den ersten Buchstaben des verwendeten Standard-Alphabets). Abbildungen:

Dem Vorteil der leichteren Benutzung einer Chiffrierscheibe gegenüber einer Alphabettafel steht ein Nachteil entgegen: Die Anwendung ist deutlich fehleranfälliger - man vertut sich leicht einmal beim Drehen der Scheibe.

Als Hilfsmittel zum Selberbasteln von Chiffrierscheiben und anderen einfachen Chiffriergeräten dient ein Kreis mit 26 Sektoren; hier eine Schablone.

Übungsaufgabe. Bastle eine solche Chiffrierscheibe für die BELASO-Chiffre und verschlüssele mit ihrer Hilfe den gleichen Text wie in I.3.2.

Chiffrierschieber

Äquivalent zu einer Chiffrierscheibe, weniger elegant, aber leichter herzustellen und handzuhaben, ist der Chiffrierschieber. Er besteht aus zwei gegeneinander verschiebbaren Zeilen, die auf Papierstreifen oder Holzstäben aufgebracht werden. In der ersten steht das Standard-Alphabet, in der zweiten das Primäralphabet, bis auf einen Buchstaben verdoppelt, Beispiel:

Dieses Hilfsmittel ist schon um 1600 in England nachweisbar, wurde aber anscheinend zuerst beim französischen Militär im 19. Jahrhundert systematisch verwendet (»Règle St. Cyr«). Bei der US Army wurde es 1914 auf Vorschlag von Parker HITT (1880-?) eingeführt. Abbildung:

Ein Beispiel aus dem 20. Jahrhundert - allerdings mit leicht komplizierterem Algorithmus - sind die kommerziell überaus erfolgreichen Kryha-Chiffriergeräte. Unzureichende kryptographische Technik wurde schick verpackt in großen Mengen verkauft.