Einfache Chiffren

Bis zum Computerzeitalter war das Erstellen und Brechen von Chiffren eine Aufgabe, die extreme Konzentration und Sorgfalt erforderte. Suchbäume basierend auf Vermutungen können auf Computern programmiert und mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden, wobei wir die Geschwindigkeit des Computers und die Leichtigkeit der Datenverfolgung in Datenstrukturen nutzen können, um uns nicht allzu sehr um die Verfolgung von Pfaden mit geringer Wahrscheinlichkeit zu kümmern. Die Kosten in Zeit und Aufwand für die Suche mit Bleistift und Papier hätten viel bessere Vermutungen über den richtigen Pfad durch den Baum erfordert. Die Kryptoanalyse in der ersten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts erforderte Kenntnisse von Sprachmustern und Frequenzstatistiken, und sowohl die Verschlüsselung als auch die Entschlüsselung mussten Prozesse sein, die leicht erinnert und befolgt werden konnten. In diesem Kapitel werden wir einige klassische Chiffren beschreiben (die leicht mit einem Programm auf einem Desktop-Computer angegriffen werden könnten) sowie einige statistische Eigenschaften von Sprachen, die verwendet werden könnten, um diese nun veralteten Chiffren anzugreifen. Es gibt zwei grundlegende Formen einfacher Chiffren. Bei einer SubstitutionschiffreSubstitutionschiffreChiffreSubstitution ersetzt man für jeden Buchstaben im zugrunde liegenden Alphabet ein anderes Symbol (vielleicht einen anderen Buchstaben im selben Alphabet, oder manchmal ein ganz anderes Symbol). Bei einer TranspositionschiffreTranspositionschiffreChiffreTransposition bleiben die Buchstaben des zugrunde liegenden Alphabets gleich, aber ihre Reihenfolge wird in eine andere Reihenfolge transponiert. Dabei kann man den Begriff „Buchstabe“ als einzelnen Buchstaben oder vielleicht als Paar von Buchstaben verstehen. Wir unterscheiden von Anfang an ein CodebuchCodebuch von einer ChiffreChiffre, obwohl die beiden eng miteinander verbunden sein können. Traditionelle Codebücher waren eine Form der Geheimhaltung von Kommunikation, indem für jedes der einzelnen Wörter in der Nachricht eine feste Länge (oft fünf) Sequenz von Zahlen ersetzt wurde. Man kann sich ein solches Codebuch als Substitutionschiffre vorstellen, bei der die Symbole Wörter (natürlich von variabler Länge) sind, für die man numerische Symbole ersetzt. Wir werden auch nur kurz (genau hier) den Begriff der SteganographieSteganographie erwähnen, bei der eine Nachricht in einer scheinbar harmlosen Kommunikation versteckt ist. Eine Version davon wäre ein Brief, in dem die versteckte Nachricht die Sequenz der ersten Buchstaben der Wörter des Textes ist. Eine modernere umgekehrte Version der Steganographie ist das digitale WasserzeichenDigitales Wasserzeichen, bei dem ein digitales Muster in ein Dokument, normalerweise ein Bilddokument, eingefügt wird, so dass die Herkunft des Bildes authentifiziert werden kann, wenn es illegal ohne Zuschreibung oder Lizenzgebühr entnommen wird. Dies ist nicht unähnlich der scheinbaren Einbeziehung von absichtlichen Fehlern in Karten, sagen wir, so dass der Inhaber des Urheberrechts der Karte argumentieren könnte, dass die Karte illegal kopiert wurde. Der Autor wünscht sich sehr, dass er die Straßenkarte von Louisiana (wo er aufgewachsen ist) behalten hätte, die eine Straße südlich von Venice, Louisiana, und eine Brücke über den Mississippi nach Pilottown zeigt. Eine solche Straße oder Brücke hat es nie gegeben; Pilottown ist der Ort, an dem die Mississippi River Piloten die ankommenden Schiffe treffen und das Ruder auf dem Weg flussaufwärts zum Hafen von New Orleans übernehmen, und wo sie auf der Ausreise das Ruder an die seefahrenden Piloten übergeben. Die „Stadt“ kann nur per Wasser erreicht werden; es gibt keine Straße südlich von Venice und keine Brücke über den Mississippi.