Vigenère-Chiffre ver- und entschlüsseln

Vigenère-Decoder:

Die Vigenère-Chiffre ist eine polyalphabetische Chiffre. Anders als bei monoalphabetischen Verfahren kann derselbe Buchstabe je nach seiner Position im Text unterschiedlich verschlüsselt werden. Die Vigenère-Chiffre verwendet dazu einen Schlüssel. Dies war ein großer Fortschritt, weil das Verfahren dadurch bis zu einem gewissen Grad widerstandsfähiger gegen Buchstaben-Häufigkeitsanalyse.

Der Name Vigenère der Chiffre geht auf den Diplomaten Blaise de Vigenère der dieses Verfahren zusammen mit anderen 1586 in seinem Buch „Traité des Chiffres“ beschrieb. Ein ähnliches Verfahren war jedoch bereits von Giovan Battista Bellaso vorgestellt worden. Es war nicht völlig identisch: Zunächst erzeugte ein Schlüsselwort fünf Alphabete, die anschließend zusammen mit einem zweiten Schlüssel zur Verschlüsselung verwendet wurden.

Die Vigenère-Verschlüsselung ist einfach. Verwendet wird eine quadratische Tabelle mit den Buchstaben A bis Z auf beiden Achsen. Auf der horizontalen Achse stehen die Klartextbuchstaben, auf der vertikalen die Schlüsselbuchstaben. Zunächst wird der Schlüssel so oft wiederholt, dass jedem Buchstaben des Klartexts ein Schlüsselbuchstabe zugeordnet ist. Bei einem sieben Zeichen langen Text und einem drei Zeichen langen Schlüssel wird der Schlüssel zweimal vollständig wiederholt und anschließend sein erster Buchstabe ergänzt. Beispiel mit dem Klartext „Vigenere Cipher“ und dem Schlüssel „key“:

Der Schlüssel wird so oft wiederholt, bis er die gesamte Länge des Klartexts abdeckt. Ein ausreichend langer Schlüssel ist wichtig: Je kürzer er ist, desto häufiger wiederholt er sich und desto leichter kann ein Angreifer Wiederholungsmuster im Chiffretext erkennen.

Sobald jedem Klartextbuchstaben ein Schlüsselbuchstabe zugeordnet ist, kann der Text mithilfe der Tabelle verschlüsselt werden.

Wenn alle Leerzeichen beibehalten werden, lautet der Chiffretext „fmeorcbi mmnripke“. Diese Einstellung lässt sich in den Optionen ändern.

Das Nachschlagen in der Tabelle ist für Menschen einfach, wenn auch langsam. Rechnerisch lässt sich die Verschlüsselung durch Addition durchführen. Zur Position des Klartextbuchstabens wird die Position des Schlüsselbuchstabens minus 1 addiert. Im Beispiel wird „V“ mit „K“ verschlüsselt: K steht an Position 11 und V an Position 22. Somit ergibt sich (11 − 1) + 22 = 32. Mit Modulo 26 wird daraus 32 % 26 = 6, die Position von „F“.

Die Entschlüsselung erfolgt umgekehrt. In der Tabelle sucht man die Zeile des Schlüsselbuchstabens „K“, folgt ihr bis zum Chiffretextbuchstaben „F“ und liest oben den Klartextbuchstaben „V“ ab. Rechnerisch wird subtrahiert: F steht an Position 6, K an Position 11, also 6 − (11 − 1) = −4. Bei einem negativen Ergebnis wird modulo 26 gerechnet: 26 − 4 = 22, die Position von „V“.

Kryptoanalyse

Die Vigenère-Chiffre gilt nicht mehr als sicher, seit der preußische Major Friedrich Kasiski sie 1863 brach. Dennoch lohnt es sich, verschiedene Angriffsmethoden zu betrachten. Maximale Sicherheit erreicht das Grundprinzip nur, wenn der Schlüssel mindestens so lang wie der Klartext, vollständig zufällig und nur einmal verwendet wird. In diesem Fall spricht man von einem One-Time-Pad.

In den meisten Fällen ist der Schlüssel jedoch kürzer als der Klartext. Dann kann die Kasiski-Methode eingesetzt werden. Auch Charles Babbage brach Vigenère-Chiffren, hinterließ dazu jedoch keine nachvollziehbaren Aufzeichnungen. Bei der Kasiski-Methode werden wiederholte Zeichenfolgen im Chiffretext gesucht, um die Schlüssellänge zu schätzen. Ist sie bekannt, lassen sich die entsprechend angeordneten Teilfolgen zusammenfassen und eine Häufigkeitsanalyse darauf durchführen. Bei ausreichend langem Text kann der Chiffretext so entschlüsselt werden. Im 20. Jahrhundert entwickelte Friedman eine weitere Methode für polyalphabetische Chiffren einschließlich Vigenère, den Koinzidenzindex mit dem sich erkennen lässt, ob ein Text mono- oder polyalphabetisch verschlüsselt wurde, und mit dem die Schlüssellänge geschätzt werden kann.

Eine weitere, langsamere Methode ist Brute Force. Durch Analyse des Chiffretexts kann zunächst die wahrscheinliche Schlüssellänge geschätzt und damit der Suchraum eingeschränkt werden. Brute Force probiert alle Möglichkeiten für eine bestimmte Länge und ein bestimmtes Alphabet aus. Besteht der Schlüssel nur aus Kleinbuchstaben, wird die Aufgabe zusätzlich vereinfacht.

Um Angriffe zu erschweren, kann ein eigenes Alphabet verwendet und um Zahlen oder Satzzeichen erweitert werden. Ein sehr langer Schlüssel verbessert die Sicherheit; historisch wurden für besonders wichtige Nachrichten ganze Buchpassagen als Schlüssel gewählt. Vigenère sollte heute dennoch nicht mehr zum Schutz vertraulicher Daten eingesetzt werden, auch wenn die Chiffre etwa drei Jahrhunderte lang als ungebrochen galt.