Die Vigenère-Chiffre
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Die Vigenère-Chiffre ist eine berühmte Chiffre, die mehrere Chiffre-Alphabete verwendet, was sie weitaus resistenter gegen die klassische Frequenzanalyse macht.
Die Prinzipien der Ver- und Entschlüsselung
Das Verschlüsselungsverfahren kann anhand der Caesar-Chiffre erklärt werden. Der Schlüssel der Vigenère-Chiffre ist ein beliebiges Wort, das aus den Buchstaben des englischen Alphabets besteht, d. h. a-z. So kann der Schlüssel zum Beispiel das Wort "bcf" sein. Die Verschlüsselung erfolgt dann durch Aufschreiben des Klartextes und unmittelbar darunter des Schlüssels, der so lange wiederholt wird, bis er die gleiche Länge wie der Klartext hat. Für den offenen Text "dobryvecer" würde das so aussehen:
| Text: | d | o | b | r | y | v | e | c | e | r |
| Schlüssel: | b | c | f | b | c | f | b | c | f | b |
Nun würden wir alle Buchstaben des Klartextes mit der Caesar-Chiffre mit dem entsprechenden Schlüssel verschlüsseln, d.h. mit dem Schlüssel in derselben Spalte. Die Caesar-Chiffre ist eine Verschiebungs-Chiffre, der Schlüssel gibt an, um wie viele Buchstaben der Buchstabe des Klartextes, gemessen vom Buchstaben "a", verschoben werden soll. Zum Beispiel bedeutet der Buchstabe "b" eine Verschiebung um einen Buchstaben im Alphabet "nach rechts". Der Buchstabe "d" bedeutet eine Verschiebung um drei Buchstaben nach rechts. Wir würden das Wort "hallo" mit der Cäsar-Chiffre und dem Schlüssel "b" zu "bipk" verschlüsseln.
Während wir bei der Caesar-Chiffre den gesamten Text mit einem einzigen Buchstaben verschlüsseln, verschlüsseln wir bei der Vigenère-Chiffre normalerweise mit mehreren Buchstaben. Die Verschlüsselung des Textes "dobryvecer" mit dem Schlüssel "bcf" würde also folgendermaßen aussehen:
| Offener Text: | d | o | b | r | y | v | e | c | e | r |
| Schlüssel: | b | c | f | b | c | f | b | c | f | b |
| Chiffriertext: | e | q | g | s | a | a | f | e | j | s |
Wir haben den ersten Buchstaben "d" mit dem Schlüssel "b" verschlüsselt, eine Verschiebung um einen Buchstaben, daher ist das Ergebnis der Buchstabe "e". Wir haben den ersten Buchstaben "o" mit dem Schlüssel "c" verschlüsselt, eine Verschiebung um zwei Buchstaben, was den Buchstaben "q" ergibt. Und so weiter.
Wir entschlüsseln auf genau dieselbe Weise, nur dass wir die Buchstaben nicht nach rechts, sondern nach links verschieben.
Das Online-Tool zum Verschlüsseln und Entschlüsseln der Vigenère-Chiffre
Vigenère-Quadrat
Der gesamte Ver- und Entschlüsselungsprozess kann auch mit Hilfe des Vigenère-Quadrats erklärt werden, das wir bei der Verschlüsselung verwenden können. Ein Vigenère-Quadrat ist eine Tabelle mit 26 Zeilen und 26 Spalten. In jede Zeile ist ein Alphabet eingeschrieben, und in jeder Zeile ist es immer um einen Buchstaben verschoben:
Bei einem solchen Vigenère-Quadrat würde die Verschlüsselung wie folgt ablaufen: Wir nehmen einen Buchstaben aus dem offenen Text und suchen die Zeile mit diesem Buchstaben. Dann nehmen wir einen Buchstaben aus dem Schlüssel und finden die Spalte. Der Buchstabe aus dem verschlüsselten Text wäre dann der Buchstabe aus der entsprechenden Zeile und Spalte.
Im vorherigen Beispiel haben wir "dobryden" mit dem Schlüssel "bcf" verschlüsselt. Wir finden also eine Zeile, die mit "d" beginnt, eine Spalte, die mit "b" beginnt. Im Schnittpunkt dieser Zeile und Spalte befindet sich der Buchstabe "e", der resultierende Geheimtextbuchstabe.
Beim Entschlüsseln würden wir umgekehrt vorgehen. Wenn wir den Buchstaben "e" mit dem Schlüssel "b" entschlüsseln wollen, suchen wir die Spalte "b", darin die Zeile, die den Buchstaben "e" enthält, und der Buchstabe, der am Anfang dieser Zeile steht, ist der Buchstabe aus dem Klartext.
Die Hauptstärke der Vigenère-Chiffre
Warum war die Vigenère-Chiffre zu ihrer Zeit so stark? Weil sie die klassische Frequenzanalyse sehr erschwerte. Bei der Caesar-Chiffre beispielsweise werden zwei identische Buchstaben im Klartext zu denselben Buchstaben im Geheimtext verschlüsselt. Bei der Vigenère-Chiffre ist dies jedoch nicht der Fall, zumindest nicht immer.
Wenn wir den Text "Okay okay okay" mit dem Schlüssel "tent" verschlüsseln würden, bekämen wir den Chiffretext "vhbew woojx dbtke". Wir können sehen, dass, obwohl der Klartext dieselben drei Wörter enthält, jedes Wort im resultierenden Chiffriertext völlig anders aussieht. Das mittlere Wort, "woojx", enthält sogar zwei Buchstaben "o", die aber aus zwei verschiedenen Buchstaben des Klartextes gebildet werden: "ob".
Wahl des Schlüssels
Die Sicherheit der Vigenère-Chiffre wird durch die Wahl des Schlüssels sehr stark beeinflusst. Während es bei der Caesar-Chiffre egal war, welcher Buchstabe gewählt wurde, solange er sich von "a" unterschied, führen bei der Vigenère-Chiffre verschiedene Schlüssel zu unterschiedlichen Sicherheitsstufen der Chiffre.
- Ein Schlüssel, der nur aus einem Buchstaben besteht, reduziert die Vigenère-Chiffre auf die Caesar-Chiffre zurück.
- Ein Schlüssel, der aus mehreren gleichen Buchstaben besteht, wie z. B. "mmm", führt wieder zur Caesar-Chiffre.
- Der mit dem kurzen Schlüssel verschlüsselte Text ist dann sehr leicht zu knacken.
- Ein ausreichend langer Chiffriertext, der mit einem nicht ganz so kurzen Schlüssel (etwa fünfzig Zeichen) verschlüsselt wurde, ist ebenfalls sehr leicht zu knacken. Auf einem Computer in Sekundenschnelle.
- Ein Chiffretext, der mit einem Schlüssel verschlüsselt wurde, der völlig zufällig und so lang wie der Chiffretext selbst ist, ist unmöglich zu knacken.