Vigenère-Chiffre
Die Vigenère-Chiffre ist eine berühmte Chiffre, die mehrere Geheimtextalphabete verwendet und dadurch viel widerstandsfähiger gegen die klassische Häufigkeitsanalyse ist.
Das Prinzip der Ver- und Entschlüsselung
Den Ablauf der Verschlüsselung können wir mithilfe der Caesar-Verschlüsselung erklären. Der Schlüssel der Vigenère-Chiffre ist ein beliebiges Wort aus Buchstaben des englischen Alphabets, also a—z. Als Schlüssel kann zum Beispiel das Wort „bcf“ dienen. Beim Verschlüsseln schreiben wir den Klartext auf und direkt darunter den Schlüssel, den wir so lange wiederholen, bis er genauso lang ist wie der Klartext. Für den Klartext „gutenabend“ sähe das so aus:
| Klartext: | g | u | t | e | n | a | b | e | n | d |
| Schlüssel: | b | c | f | b | c | f | b | c | f | b |
Jetzt würden wir alle Buchstaben des Klartextes mit der Caesar-Verschlüsselung und dem jeweiligen Schlüssel verschlüsseln, also mit dem Schlüssel in derselben Spalte. Die Caesar-Verschlüsselung ist eine Verschiebechiffre, der Schlüssel gibt an, um wie viele Buchstaben wir den Klartextbuchstaben verschieben müssen, gemessen ab dem Buchstaben „a“. Der Buchstabe „b“ bedeutet zum Beispiel eine Verschiebung um einen Buchstaben im Alphabet „nach rechts“. Der Buchstabe „d“ bedeutet eine Verschiebung um drei Buchstaben nach rechts. Das Wort „hallo“ würden wir mit der Caesar-Verschlüsselung und dem Schlüssel „b“ zu „ibmmp“ verschlüsseln.
Während wir bei der Caesar-Verschlüsselung den ganzen Text mit einem einzigen Buchstaben verschlüsseln, verschlüsseln wir in der Vigenère-Chiffre typischerweise mit mehreren Buchstaben. Die Verschlüsselung des Textes „gutenabend“ mit dem Schlüssel „bcf“ ergäbe dann Folgendes:
| Klartext: | g | u | t | e | n | a | b | e | n | d |
| Schlüssel: | b | c | f | b | c | f | b | c | f | b |
| Geheimtext: | h | w | y | f | p | f | c | g | s | e |
Den ersten Buchstaben „g“ haben wir mit dem Schlüssel „b“ verschlüsselt, also mit einer Verschiebung um einen Buchstaben, deshalb ist das Ergebnis der Buchstabe „h“. Den Buchstaben „u“ haben wir mit dem Schlüssel „c“ verschlüsselt, also mit einer Verschiebung um zwei Buchstaben, das Ergebnis ist der Buchstabe „w“. Und so weiter.
Entschlüsselt wird ganz genauso, nur verschieben wir die Buchstaben nicht „nach rechts“, sondern „nach links“.
Online-Werkzeug zum Verschlüsseln und Entschlüsseln der Vigenère-Chiffre
Das Vigenère-Quadrat
Den gesamten Ablauf des Ver- und Entschlüsselns kann man auch am Vigenère-Quadrat erklären, einem Hilfsmittel, das wir beim Verschlüsseln benutzen können. Das Vigenère-Quadrat ist eine Tabelle mit 26 Zeilen und 26 Spalten. In jeder Zeile steht das Alphabet, wobei es in jeder Zeile jeweils um einen Buchstaben verschoben ist:
Mit einem solchen Vigenère-Quadrat würde das Verschlüsseln so ablaufen: Wir nehmen den Buchstaben aus dem Klartext und suchen die Zeile mit diesem Buchstaben. Dann nehmen wir den Buchstaben aus dem Schlüssel und suchen die Spalte. Der Buchstabe des Geheimtextes ist dann der Buchstabe in der entsprechenden Zeile und Spalte.
Im vorherigen Beispiel haben wir „gutenabend“ mit dem Schlüssel „bcf“ verschlüsselt. Wir suchen also die Zeile, die mit „g“ beginnt, und die Spalte, die mit „b“ beginnt. Im Schnittpunkt dieser Zeile und Spalte steht der Buchstabe „h“, der resultierende Buchstabe des Geheimtextes.
Beim Entschlüsseln gehen wir umgekehrt vor. Wollten wir den Buchstaben „h“ mit dem Schlüssel „b“ entschlüsseln, würden wir die Spalte „b“ suchen, in ihr die Zeile finden, die den Buchstaben „h“ enthält, und der Buchstabe am Anfang dieser Zeile wäre der Buchstabe aus dem Klartext.
Die Hauptstärke der Vigenère-Chiffre
Warum war die Vigenère-Chiffre zu ihrer Zeit so stark? Weil sie die klassische Häufigkeitsanalyse erheblich erschwerte. Bei der Caesar-Verschlüsselung gilt zum Beispiel, dass zwei gleiche Buchstaben des Klartextes zu denselben Buchstaben im Geheimtext verschlüsselt werden. In der Vigenère-Chiffre gilt das aber nicht, zumindest nicht immer.
Wenn wir den Text „gut gut gut“ mit dem Schlüssel „stan“ verschlüsseln würden, erhielten wir den Geheimtext „ynt tmm ghl“. Wir sehen, dass der Klartext zwar dreimal dasselbe Wort enthält, im Geheimtext aber jedes Wort völlig anders aussieht. Das mittlere Wort „tmm“ enthält sogar zwei Buchstaben „m“, die jedoch aus zwei verschiedenen Buchstaben des Klartextes entstanden sind: „ut“.
Die Wahl des Schlüssels
Die Sicherheit der Vigenère-Chiffre hängt sehr stark von der Wahl des Schlüssels ab. Während es bei der Caesar-Verschlüsselung egal war, welchen Buchstaben wir wählen, solange er nicht „a“ war, führen bei der Vigenère-Chiffre verschiedene Schlüssel zu unterschiedlich großer Sicherheit.
- Ein Schlüssel, der nur aus einem Buchstaben besteht, führt die Vigenère-Chiffre auf die Caesar-Verschlüsselung zurück.
- Ein Schlüssel, der aus mehreren gleichen Buchstaben besteht, zum Beispiel „mmm“, führt wieder zur Caesar-Verschlüsselung.
- Ein mit einem kurzen Schlüssel verschlüsselter Text lässt sich sehr leicht knacken.
- Ein ausreichend langer Geheimtext, der mit einem nicht ganz kurzen Schlüssel verschlüsselt wurde (etwa fünfzig Zeichen), lässt sich ebenfalls sehr leicht knacken. Ein Computer schafft das in Sekunden.
- Ein Text, der mit einem völlig zufälligen Schlüssel verschlüsselt wurde, der so lang ist wie der Text selbst, ist unmöglich zu knacken.
