Szenario für das Caesar-Verschlüsselungsverfahren

Im folgenden wird ein Szenario für das Caesar-Verschlüsselungsverfahren vorgestellt. Die Veranschaulichung durch viele Bildschirmfotos erleichtert das Nachvollziehen der mit CrypTool durchgeführten Schritte.

Wir wollen zunächst das Caesar-Verschlüsselungsverfahren kennenlernen, indem wir ein Dokument öffnen, dieses verschlüsseln und im Anschluss daran wieder entschlüsseln. Danach wird versucht, den Schlüssel, mit dem ein Klartext verschlüsselt wurde, automatisch ermitteln zu lassen.

Dazu öffnen wir die Datei CrypTool-de.txt aus dem Verzeichnis CrypTool\examples über das Menü Datei \ Öffnen.

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Nun wollen wir dieses Dokument mit dem Caesar-Verschlüsselungsverfahren verschlüsseln. Dazu öffnen wir über das Menü Ver-/Entschlüsseln \ Symmetrisch (klassisch) \ Caesar/Rot-13 folgenden Dialog. Als Schlüssel wird der Buchstabe A eingetragen. Zusätzlich ändern wir die Optionen zur Interpretation des Alphabetzeichens: Das erste Alphabetzeichen wird auf 1 gesetzt (wenn wir das erste Alphabetzeichen auf 0 setzen und A als Schlüssel verwenden, ist das resultierende Chiffrat identisch mit dem Klartext).

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Nach Betätigung des Buttons Verschlüsseln öffnet sich ein Fenster mit dem verschlüsselten Text. Bei genauerer Betrachtung kann man sehen, dass die Buchstaben um eine Position verschoben wurden, aus dem ersten Wort CrypTool wurde das Wort DszqUppm.

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Der Klartext dieses verschlüsselten Dokuments kann wieder über das Menü Ver-/Entschlüsseln \ Symmetrisch (klassisch) \ Caesar ermittelt werden. In dem Dialog geben wir den Schlüssel, mit dem das Dokument verschlüsselt worden ist (A), ein. Außerdem soll der Text nicht ein zweites Mal verschlüsselt, sondern entschlüsselt werden. Aus diesem Grund muss der Button Entschlüsseln geklickt werden.

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Das Klicken auf Entschlüsseln ist die Aufforderung für CrypTool, den Text zu entschlüsseln. Wir erhalten sofort den Klartext.

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Wir haben gesehen, wie man einen Text mit dem Caesar-Verschlüsselungsverfahren verschlüsselt und wieder entschlüsselt.

Im klassischen Caesar-Verschlüsselungsverfahren wurden nur die Buchstaben verschlüsselt. Bei der Verschlüsselung wurden die Kleinbuchstaben in Großbuchstaben umgewandelt und verschlüsselt, alle anderen Zeichen wie Satzzeichen und Formatierungen (Leerzeichen und Zeilenumbrüche) wurden weggelassen.

CrypTool behält bei den klassischen Verschlüsselungsverfahren standardmäßig die Formatierung bei. Dies kann jedoch über das Menü Optionen \ Textoptionen ausgeschaltet werden. Dazu müssen in dem dann geöffneten Dialog die Häkchen vor Nicht im Alphabet vorhandene Zeichen unverändert beibehalten und vor Groß-/Kleinschreibung beachten entfernt werden.

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Jetzt aktivieren wir wieder ein Fenster mit dem Klartext (durch Anklicken mit der Maus) und verschlüsseln dieses Dokument erneut mit dem Caesar-Verschlüsselungsverfahren unter Benutzung des Schlüssels A. Sofort erkennt man, dass sich der verschlüsselte Text inhaltlich nicht von dem vorher verschlüsselten Text unterscheidet, außer dass er nur Großbuchstaben enthält und die Formatierung entfernt wurde. Zum Beispiel sind die ersten Zeichen im verschlüsselten Text wieder DSZQUPPM (das Chiffrat von CrypTool).

Zur besseren Lesbarkeit wurde bei dieser Form der Ausgabe jedoch nach jedem fünften Buchstaben ein Leerzeichen eingefügt.

Dieses Dokument wollen wir unter einem anderen Namen speichern. Über das Menü Datei \ Speichern als wird der Dialog zum Speichern eines Dokuments unter einem neuen Namen geöffnet. Als Dateinamen tragen wir CrypTool.Caesar.txt ein.

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Das Entschlüsseln funktioniert genauso wie oben schon durchgeführt. Wir entschlüsseln dieses Dokument wieder und erhalten den Klartext. Dieser besteht jetzt natürlich nur noch aus einer Aneinanderreihung von Großbuchstaben. Wegen der nicht mehr vorhandenen Groß- / Kleinschreibung, aber vor allem auch wegen der fehlenden Formatierung ist dieser Text schwerer lesbar. Ein kurzer Vergleich mit dem Originaltext zeigt jedoch, dass es sich um den gleichen Text handelt. Der Originaltext beginnt mit den Worten: CrypTool ist ein Programm, mit dessen Hilfe Sie .... Diese Worte befinden sich ebenfalls in der ersten Zeile des entschlüsselten Textes.

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Nachdem wir jetzt die Schritte zur Ver- und Entschlüsselung eines Dokuments kennengelernt haben, wollen wir uns ein wenig mit der Sicherheit des Caesar-Verschlüsselungsverfahrens beschäftigen. Dazu sollen alle Fenster mit Ausnahme der Fenster mit dem Klartext und dem verschlüsselten Text unter Beibehaltung der Formatierung geschlossen werden. Es sind also nur noch die beiden folgenden Fenster geöffnet.

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Durch einen Mausklick aktivieren wir das Fenster mit dem Klartext und lassen die Entropie (über das Menü Analyse \ Allgemein \ Entropie) und

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die Häufigkeitsverteilung der Buchstaben (über das Menü Analyse \ Allgemein \ Histogramm) berechnen.

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Die letzten beiden Punkte wiederholen wir, nachdem das andere Fenster aktiviert worden ist. Wir erkennen sofort, dass beide Dokumente die gleiche Entropie haben.

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Die Betrachtung des Histogramms des verschlüsselten Dokuments lässt uns erkennen, dass die Buchstabenhäufigkeiten nur um eine Position verschoben sind. Daher ist dieses alte Verschlüsselungsverfahren nicht sicher. (Außerdem gibt es lediglich 26 Schlüssel, von denen das Z den Text um 26 Stellen verschiebt, wodurch der verschlüsselte Text identisch mit dem unverschlüsselten ist. Also gibt es eigentlich nur 25 Schlüssel !)

Das Caesar-Verschlüsselungsverfahren kann leicht durch einen Ciphertext-only-Angriff gebrochen werden. Dazu wird wieder das Fenster mit dem verschlüsselten Text aktiviert und über das Menü Analyse \ Ciphertext only \ Caesar die automatische Analyse gestartet.

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Anhand der Analyse der Überlagerungen kann man den Schlüssel finden, mit dem dieses Dokument verschlüsselt ist; in diesem Fall das A.

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Nachdem dieses Meldungsfenster mit Entschlüsseln bestätigt worden ist, erscheint der Klartext, das heißt der mit dem gefundenen Schlüssel A entschlüsselte Text.

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Es war CrypTool also möglich, den Schlüssel, mit dem das Dokument verschlüsselt ist, zu finden. Dazu bedurfte es keiner weiteren Information außer dem Verschlüsselungsverfahren.