Die Geschichte der ChiffrenEINE EINFHRUNG

2 2013 Thawte, Inc. Alle Rechte vorbehalten. Thawte, das thawte-Logo und andere Marken, Dienstleistungsmarken und Designs sind eingetragene oder nicht eingetragene Marken von Thawte und seinen Tochtergesellschaften und Partnerunternehmen in den USA und anderen Lndern. Alle anderen Marken sind Eigentum der jeweiligen Inhaber.

Inhaltsverzeichnis1. Einleitung 3

2. Chiffren in der Antike 4

3. Chiffren im Mittelalter 6Die Chiffre der Maria Stuart 6Die Vigenre-Chiffre 6Die Uesugi-Chiffre 7

4. Moderne Chiffren: Vom Ersten Weltkrieg bis zu den ersten mechanischen Chiffriermaschinen 8Die Kappung der deutschen Kommunikationskabel 8Die Zimmermann-Depesche 8Die ADFGVX-Chiffre 8Die Enigma 9

5. Die Gegenwart: Chiffren im Computer- und Internetzeitalter 10Die DES-Chiffre 10Die Public-Key-Verschlsselung 10Die RSA-Chiffre 11Die Entschlsselung der DES-Chiffre 12Verbesserungen der SSL-Verschlsselung 12

6. Die Zukunft der Chiffren 13

7. Wie sicher ist die SSL-Verschlsselung? 14Literatur 14

3 2013 Thawte, Inc. Alle Rechte vorbehalten. Thawte, das thawte-Logo und andere Marken, Dienstleistungsmarken und Designs sind eingetragene oder nicht eingetragene Marken von Thawte und seinen Tochtergesellschaften und Partnerunternehmen in den USA und anderen Lndern. Alle anderen Marken sind Eigentum der jeweiligen Inhaber.

1. Einleitung

Mit der schnellen und inzwischen nahezu allgegenwrtigen Ausweitung des Internets hat auch die Verschlsselung zur Gewhrleistung der Informationssicherheit an Bedeutung gewonnen.

Die Nutzung von Chiffren reicht bis ins alte gypten um 3000 v. Chr. zurck. Ursprnglich wurden sie fr militrische und diplomatische Zwecke entwickelt, doch in jngster Zeit hat sich ihr Einsatzgebiet erheblich vergrert, insbesondere durch das Internet und die schnell wachsenden Datenmengen, die wir in vielen Bereichen unseres Lebens tglich nutzen.

Die Entwicklung der Chiffren und insbesondere der geistigen Duelle zwischen Kryptografen (den Code-Entwicklern) und Kryptoanalysten (den Code-Knackern) ist eine faszinierende Geschichte. Die moderne Kryptografie ist das Ergebnis wieder-holter Zyklen aus der Entwicklung von Codes, dem Knacken dieser Codes und der darauf folgenden Entwicklung neuer Codes.

In diesem Whitepaper mchten wir Ihnen eine Einfhrung in die Geschichte der Chiffren geben. Es stellt die wichtigsten Entwick-lungen in der Verschlsselungstechnik sowie eine Reihe von Ma- nahmen vor, die auch bei modernen Chiffren angewendet werden sollten.

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2. Chiffren in der Antike

Die ltesten bekannten Chiffren sind gyptische Hieroglyphen auf Monumenten, die um 3000 v. Chr. errichtet wurden. Hieroglyphen galten als nicht entzifferbar, bis im 19. Jahrhundert der weltberhmte Stein von Rosette entdeckt wurde. Mit den Forschungsarbeiten an diesem Stein begann die Entschlsselung der Hieroglyphen.

Kehren wir jedoch noch einmal in die Antike zurck. Etwa im sechsten Jahrhundert v. Chr. wurden im griechischen Stadtstaat Sparta sogenannte Skytalen zur Verschlsselung von Botschaften eingesetzt. Bei diesem Verschlsselungsverfahren schrieb der Absender seine Botschaft auf einen Streifen Pergament, der um einen dicken Stab, die Skytale, gewickelt war. Dann wurde nur der Pergamentstreifen an den Empfnger geschickt. Wenn dieser einen Stab mit dem gleichen Umfang besa, konnte er den Pergamentstreifen um diesen wickeln und die Nachricht lesen.

Verfahren wie dieses, die einen Text verschlsseln, indem sie die Reihenfolge der in ihm enthaltenen Buchstaben ndern, werden als Transpositionsverfahren bezeichnet.

Der nchste Meilenstein war die Entwicklung der Csar-Chiffre im ersten vorchristlichen Jahrhundert. Sie verdankt ihren Namen dem rmischen Kaiser Julius Csar, der dieses Verfahren oft anwendete, und ist bis heute eine der berhmtesten Techniken der Kryptografie.

Die Csar-Chiffre funktionierte folgendermaen: Jeder Buchstabe der Originalnachricht wurde durch den Buchstaben ersetzt, der sich eine bestimmte Anzahl von Positionen weiter hinten im Alpha-bet befindet. Die Anzahl der Positionen fr diese Verschiebung war sowohl dem Absender als auch dem Empfnger bekannt. In diesem Beispiel sind es drei:

H I

X Y Z A B C D E F

A B C D E F G

Abbildung 1

Verfahren wie die Csar-Chiffre, die jeden Buchstaben eines Textes durch Verschieben im Alphabet verschlsseln, werden als Verschiebechiffren bezeichnet. Diese Chiffren knnen durch das Ausprobieren von hchstens 25 Verschiebungen einfach ent- schlsselt werden. Durch den Einsatz einer zuflligen Verschie-bung kann die Anzahl der mglichen Permutationen jedoch gewaltig gesteigert werden (und zwar auf 26 25 24 > 400 000 000 000 000 000 000 000 000!), wodurch die Entschls-selung deutlich erschwert wird.

Klartext (nicht verschlsselter Text)

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

Verschlsselter Text

SMKRATNGQJUDZLPVYOCWIBXFEH

Verschlsselungsverfahren wie dieses, bei denen eine statische Regel festlegt, wie die Buchstaben des Klartextes zu verschls- seln sind, werden als Substitutionsverfahren bezeichnet. Die Substitution ist eine klassische und die historisch gesehen meist- verwendete Technik der Kryptografie. Selbst die moderne mecha-nische Chiffriermaschine Enigma nutzte ein fortgeschrittenes Substitutionsverfahren.

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Methoden wie die Csar-Chiffre, die auf einer Regel fr die Substitution der Buchstaben des Alphabets beruhen, werden als einfache Substitutionschiffren bezeichnet. Ihr charakteristisches Merkmal ist die 1:1-Beziehung zwischen Buchstaben im ver-schlsselten und im Klartext. Diese Beziehung ermglicht die Entschlsselung mithilfe von Hufigkeitsanalysen.

Diese Entschlsselungsmethode beruht auf Versuchen, die Klar- textquivalente verschlsselter Buchstaben aufgrund ihrer Hu-figkeit im verschlsselten Text zu erraten. Diese Versuche sttzen sich auf linguistische Besonderheiten der Klartextsprache, wie zum Beispiel:

Im Deutschen kommen die Buchstaben e und n am hufigsten vor. Im Englischen sind es e und t (siehe Abbildung 2).

Auf c folgt im Deutschen wie im Englischen hufig h, auf h jedoch nur uerst selten c.

Wrter wie die, der, und, in, am, zu, den, das und nicht kommen sehr hufig vor.

0

0,02

0,04

0,08

0,06

0,1

0,12

0,14

a b c d e f g h i j k l m

Buchstabe

rela

tive

Hu

fig

keit

n o p q r s t u v w x y z

Abbildung 2

Alle bisher beschriebenen Chiffren, ob Transpositions- oder Sub- stitutionsverfahren, bestehen aus einem kryptografischen oder Verschlsselungsalgorithmus und einem Schlssel. Der Algorith-mus ist die Regel, die zur Verschlsselung des Klartextes und zur Entschlsselung des verschlsselten Textes angewendet wird.

Bei der Verschiebechiffre ist diese Regel beispielsweise die Ver-schiebung im Alphabet um eine bestimmte Anzahl von Positionen, beim anfangs beschriebenen Transpositionsverfahren ist es das Prinzip, den Text auf einen um eine Skytale gewickelten Perga-mentstreifen zu schreiben. Der Schlssel ist die Anzahl der Posi-tionen fr die Verschiebung bzw. der Umfang der Skytale. Wird ein Text mithilfe der Csar-Chiffre verschlsselt und dabei jeder Buchstabe durch den fnf Positionen weiter hinten im Alphabet stehenden Buchstaben ersetzt, ist der Algorithmus derselbe wie in Abbildung 2, aber der Schlssel ist fnf statt wie oben drei.

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3. Chiffren im Mittelalter

Im Mittelalter wurden die oben beschriebenen klassischen Chif-fren entschlsselt und neue, weiterentwickelte kryptografische Verfahren mussten erfunden werden. Gleichzeitig nahmen diplo- matische Aktivitten und damit das Volumen vertraulicher Infor-mationen erheblich zu, so dass die Kryptografie in dieser Periode hufiger und von mehr Personen angewendet wurde.

Die Chiffre der Maria StuartDer Nachteil einfacher Substitutionschiffren wie der Csar-Chiffre ist die 1:1-Beziehung zwischen verschlsselten und Klartextbuch- staben. Der Fall der schottischen Knigin Maria Stuart im 16. Jahrhundert ist ein berhmtes Beispiel fr diese Schwche. Die Entschlsselung der Chiffre, die Maria Stuart und ihre Mitver-schwrer fr ihre Geheimnachrichten benutzten, fhrte dazu, dass Maria Stuart des Hochverrats beschuldigt und schlielich hinge-richtet wurde, weil sie die Ermordung der Knigin Elizabeth I. von England geplant hatte.

Die von Maria Stuart und ihren Mitverschwrern benutzte Chiffre war ein sogenannter Nomenklator. Neben Symbolen fr einzelne Buchstaben enthielt er auch Symbole fr ganze, hufig verwen-dete Wrter und Stze. Das setzte voraus, dass der Sender und der Empfnger ein Codebuch besaen, den Schlssel zu diesem Algorithmus. Die Entschlsselung dieser Chiffre war dadurch schwieriger als die ihrer Vorgnger. Fr Maria Stuart drfte das allerdings wenig t