Playfair-Chiffre ver- und entschlüsseln

Geschichte der Playfair-Chiffre

Die Mitte des 19. Jahrhunderts vom englischen Ingenieur Charles Wheatstone erfundene Playfair-Chiffre wurde im Ersten Weltkrieg bekannt. Formalisiert und veröffentlicht wurde sie jedoch 1854 von seinem Kollegen Sir Lyon Playfair, nach dem sie benannt ist. Playfair wurde vor allem im militärischen Umfeld eingesetzt und ist eine polyalphabetische Substitutionschiffre zum Schutz vertraulicher Kommunikation.

Grundprinzip der Playfair-Chiffre

Erstellen der Matrix

Das Grundprinzip von Playfair beruht auf einer 5×5-Matrix, auch Playfair-Quadrat genannt, die mit einem geheimen Schlüssel gefüllt wird. Nach dem Eintragen des Schlüssels werden die übrigen Buchstaben des Alphabets in alphabetischer Reihenfolge ergänzt, ohne Buchstaben zu wiederholen. Da das Gitter nur 25 Plätze besitzt, muss ein Buchstabe entfallen. In der englischen Variante werden I und J zusammengelegt; in der französischen Variante wird das selten verwendete W ausgelassen. Anschließend wird die zu verschlüsselnde Nachricht in Buchstabenpaare aufgeteilt.

Hier ist ein Beispiel für ein englisches Gitter, das mit dem Schlüssel „PASSWORD“ vorgefüllt ist:

Verschlüsselung von Buchstabenpaaren

Die Verschlüsselung der Buchstabenpaare folgt einfachen Regeln. Befinden sich beide Buchstaben in derselben Zeile, werden sie durch die jeweils folgenden Buchstaben dieser Zeile ersetzt. Befinden sie sich in derselben Spalte, werden die jeweils folgenden Buchstaben der Spalte verwendet. Bilden die Buchstaben ein Rechteck, werden sie durch die Buchstaben an den gegenüberliegenden Ecken ersetzt. Zum Beispiel in der folgenden Tabelle:

Das Paar „GI“ liegt in derselben Zeile und wird daher zu „HK“. Das Paar „PL“ liegt in derselben Spalte und wird zu „RV“. Das Paar „PE“ liegt an gegenüberliegenden Ecken eines Rechtecks und wird zu „OR“. Bei zwei identischen Buchstaben in einem Paar wird konventionsgemäß ein „X“ zwischen ihnen eingefügt.

Prinzips der Playfair-Kryptoanalyse

Obwohl die Playfair-Chiffre eine Zeit lang wirksam war, war sie nicht unverwundbar. Verschiedene Techniken wurden entwickelt, um sie zu brechen.

Häufigkeitsanalyse

Häufigkeitsanalyse bleibt eine leistungsfähige Methode. Obwohl Playfair die Buchstabenhäufigkeiten verändert, lassen sich bestimmte Muster erkennen, aus denen Kryptoanalytiker den Schlüssel ableiten können.

Angriffe auf Buchstabenpaare

Durch die gezielte Manipulation von Buchstabenpaaren können Angreifer Situationen erzeugen, in denen die Playfair-Regeln bestimmte Ergebnisse liefern und dadurch Hinweise auf den verwendeten Schlüssel geben.

Brute-Force-Angriffe

Aufgrund der relativ kleinen Playfair-Matrix können Brute-Force-Angriffe praktikabel sein. Angreifer probieren unterschiedliche Schlüssel aus, bis der richtige gefunden wird.
Obwohl die zu ihrer Zeit innovative Playfair-Chiffre inzwischen von fortgeschritteneren Verfahren überholt wurde, machen ihre faszinierende Geschichte und ihre didaktischen Prinzipien sie weiterhin zu einem interessanten Thema der Kryptografie.